SU1094032A1 - Генератор случайного импульсного процесса - Google Patents

Abstract

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ИМПУЛЬСНОГО ПРОЦЕССА, содержащий генератор случайных чисел, блок управлени , блок пам ти, преобразователь коднапр жение , выход которого  вл етс  выходом генератора, первый счетчик, первый и второй регистры пам ти, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности генератора, он содержит триггер, второй счетчик, три элемента И, элемент НЕ, третий и четвертый регистры пам ти, делитель частоты и генератор тактовых импульсов, а блок управлени  содержит два элемента И, элемент ИЛИ и реверсивный счетчик, выходы разр дов которого соединены с входами первого элемента И блока управлени  соответственно и подключены к входам элемента ИЛИ блотса управлени  соответственно, выход которого соединен с первым входом второго элемента И блока управлени , вход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика блока управлени , первый выход генератора случайных чисел соединен с информационным входом блока пам ти, адресный вход которого подключен к выходам разр дов реверсивного счетчика блока управлени , суммирующий вход которого подключен к второму выходу генератора случайных чисел, вход Опрос которого подключен к выходу первого элемента И блока управлени , второй вход второго элемента И блока управлени  объединен с входами Опрос первого, второго, третьего и четвертого регистров пам ти, а также с управл ющими входами блока пам ти и преобразовател  код - напр жение и подключен к выходу триггера , счетный вход которого объединен с синхронизирующим входом второго счетчика и подключен к выходу переполнени  первого счетчика, первый и второй выходы блока пам ти соединены соответственно с информационным ;о ( входом преобразовател  код - напр жение и с установочным входом первого счетчика, выходы первого и второ: го регистров пам ти объединены между собой и подключены к установочному ю входу второго счетчика, выходы разр дов которого соединены с входами первого элемента И соответственно, выход которого соединен с первым входом второго элемента И непосредственно и через элемент НЕ - с первым входом третьего элемента И, выходы третьего и четвертого регистров пам ти объединены между собой и подключены к управл ющему входу делител  частоты, выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом дели

Description

тел  частоты,выход которого соединен с вторыми входами второго и третьего „элементов И, выходы которых соединены со счетными входами соответственно первого и второго счетчиков .

Изобретение относитс  к вычислительной технике, предназначено дл  воспроизведени опотока случайных импульсов пр моугольной формы и может быть использовано при построе- s НИИ имитационно-моделирующей аппаратуры дл  решени  задач оптимизации структурно-сложных систем, испытаний изделий на ударные, электрические и другие воздействи .О

Известно устройство, содержащее генератор случайных импульсов, цикический регистр сдвига, группу генераторов периодических импульсов, элементы И, ИЛИ 1 .15

Устройство позвол ет формировать поток импульсов со случайными интервалами следовани  импульсов, с правл емьм законом их распредеени , но не позвол ет формировать 20 более сложные импульсные процессы, например поток импульсов со случайныи амплитудами, длительност ми и интервалами следовани . Кроме того, к недостаткам этого устройства следует . 25 отнести также сложность его схемного решени  (так как в нем содержитс  ножество управл емых генераторов мпульсов), сложность настройки на требуемый закон распределени , тре- 30 бующей решени  системы уравнений, невозможность изменени  интенсивности потока без перерасчета настройки закона распределени .

Известно также устройство, содер- jj ащее группу генераторов исходных случайных процессов, группу формирующих фильтров и блок суммировани  i)

Устройство позвол ет формировать случайный процесс с заданной произ- 40 вольной спектральной плотностью мощности , но не позвол ет формировать импульсные процессы с заданными произвольными законш 1и распределени  амплитуд и временных параметров Кро- 45 ме того, реализаци  устройства требует значительных аппаратурных затрат.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл ет  генератор случайного импульсного процесса , содержащий блок пам ти, датчик случайных чисел, блок управлени  два генератора импульсов, два регистра , счетчик импульсов, делитель частоты , реверсивный счетчик, два преобразовател  код - напр жение, источник эталонных напр жений и модул тор пол рности выходного сигнала. Причем блок пам ти, датчик случайных чисел, блок управлени  и счетчик импульсов соединены между собой последовательно , кроме того, вход блока пам ти соединен с вторым выходом блока управлени , источник эталонных напр жений, первый и второй преобразователь код - напр жение и модул тор пол рности соединены последова- тельно, вход датчика случайных чисел соединен с первым входом первого регистра, первым входом второго регистра, вторым входом счетчика импульсов, третий вход которого соединен с выходом первого генератора импульсов, второй вход первого регистра соединен с третьим выходом блока управлени , а выход - с вто1М М входом первого преобразовател  код напр жение и вторым входом модул тора пол рности выходного сигнала, четвертый выход блока управлени  соединен с первым входом реверсивного счетчика и вторым входом второго регистра, выход которого соединен с первым входом делител  частоты, второй делител  частоты соединен с выходом второго генератора импульсов а выход - с вторым входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с вторым входом второго преобразовател  код - напр жение ГзЗ.

Недостатком известного генератора  вл етс  его невысока  точность.

Цель изобретени  - повышение точности воспроизведени  законов распределени  формируемых временных интервалов .

Дл  достижени  поставленной цели в генератор случайного импульсного процесса, содержащий генератор случайных чисел, блок управлени , блок пам ти, преобразователь код напр жение , выход которого  вл етс  выходом генератора, первьй счетчик, первый и второй регистры пам ти, введены триггер, второй счетчик, три элемента И, элемент НЕ, третий и четвертый регистры паь5 ти, делитель частоты и генератор тактовых импульсов а блок управлени  содержит два элемента И, элемент ИЛИ.и реверсивный счетчик, выходы разр дов которого соединены с входами первого элемента И блока управлени  соответственно, а также подключены к входам элемента ИЛИ блока управлени  соответственно , выход которого соединен с первым входом второго элемента И блока управлени , выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика блока управлени , первый выход генератора случайных чисел соединен с информационным входом блока пам ти, адресньй вход которого подключен к выходам разр дов реверсивного счетчика блока управлени , суммирующий вход которого подключен к второму выходу генератора случайных чисел, вход Опрос которого подключен к выходу первого элемента И блока управлени , второй ВХОДвторого элемента И блока управлени  объединён,с входами Опрос первого, второго, третьего и четвертого регистров пам ти , а также с управл ющими входами блока пам ти и преобразовател  код - напр жение и подключен к выходу триггера, счетный вход которого соединен с синхронизирующим входом второго счетчика и подключен к выходу переполнени  первого счетчика, первый и второй выходы блока пам ти соединены соответственно с информационным входом преобразовател  код напр жение и с установочным входом первого счетчика, выходы первого и второго регистров пам ти объединены между собой и подключены к установочному входу второго счетчика, выходы разр дов которого соединены с входами первого элемента И соответственно , выход которого соединен с первым входом второго элемента И ие-

посредственно и через элемент НЕ с первым входом третьего элемента И, выходы третьего и четвертого регистров пам ти объединены между собой

и подключены к управл ющему входу делител  частоты, выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом делител  частоты, выход которого соединен с вторыми входами

O второго и третьего элементов И, выходы которых соединены со счетными входами соответственно первого и второго счетчиков.

На фиг. 1 приведена блок-схема

5 генератора, на фиг. 2 - схема блока управлени , на фиг. 3- схема блока пам ти.

Устройство содержит генератор 1 случайных чисел, блок 2 управлени ,

0 блок 3 пам ти, преобразователь 4 код - напр жение, счетчик 5, триггер 6, регистры 7 и 8 пам ти, счетчик 9, элементы И 10 и 11, элемент НЕ 12, элемент И 13, блок 14 .задани  вре5 менных масштабов, содержащий регистры 15 и 16 пам ти, делитель 17 частоты , генератор 18 тактовых импульсов . Блок 2 управлени  содержит реверсивный счетчик 19, элемент И 20,

0 элемент ИЛИ 21 и элемент И 22. Блок 3 пам ти разделен на три области 23 25 , в каждую из которых записывают коды параметра процесса.

Процесс работы генератора можно представить как последовательность. повтор ющихс  циклов, на каждом из которых формируетс  импульс пр моугольной формы со случайной амплитудой , длительностью и случайной па0 узой между окончанием данного им ульса и началом последующего.

К моменту начала очередного цикла из блока 3 пам ти в преобразователь код - напр жение записываетс 

5 случайное число, задающее на данном цикле значение амплитуды импульса,,в счетчик 5 - случайное число, задающее длительность случайной составл ющей импульса. В счетчик 9 записы0 . ваетс  код из регистра 7, задающий длительность посто нной составл ющей импульса. Триггер 6 устанавливаетс  в единичное состо ние, начинаетс  формирование импульса. При 5 этом разрещаетс  преобразование в напр жение записанного в преобразователе 4 случайного числа с учетом его знака. Запрещаетс  чтение на выходы регистров 7 и 16 пам ти записан ных в них кодов, разрешаетс  чтение кодов, записанных в регистры 8 и 15. В делителе 17 частоты устанавливаетс  коэффициент пересчета, задаваемый кодом, поступающим из регистра.15 пам ти. Если задана нулева  посто нна  составл юща  в длительности импульса (во все разр ды счетчика 9 записаны единицы), с выходов элемента И 10 и инвертора 12 поступают уровни, запрещающие прохождение импульсов с выхода делител  17 частоты через элемент И 13 и разрешающие их прохождение через элемент И 11 на вход счетчика 5. При этом формирование дл тельности импульса начинаетс  сразу с формировани  случайного интервала . Если задана не нулева  посто нна  составл юща , с выхода элемента И 10 и элемента НЕ 12 поступают уровни, задающие прохождение имцульсов через элемент И 13 на вход счетчика 9. С поступлением каждого импульса состо ние счетчика 9 увеличиваетс  до момента, когда в нем будут записаны все единицы, что означает окончание формировани  интервала посто нной составл ющей. При этом прохождение импульсов через элемент И 13 и дальнейша  работа счетчика 9 запрещаетс , разрешаетс  поступление импульсов через элемент И 11 на вход счетчика 5 - начинаетс  формирование случайного интервала. Состо ние счетчика 5 увеличиваетс  до момента, когда в нем также будут записаны единицы, после чего с поступлением следующего импульса на его выходе вырабатываетс  импульс, по которому производитс  запись в счетчик 5 из блока 3 пам ти нового случайного числа, задающего длительность случайной составл ющей паузы между импульсами, в счетчик 9 записываетс  из регистра 8 пам ти код, задающий длительность посто нной составл ющей паузы, триггер 6 устанавливаетс  в противоположное (нулевое ) состо ние - начинаетс  формирование паузы. При этом работа преобразовател  код - напр жение запрещаетс , на его выходе устанавливаетс нулевой потенциал. Чтение содержимого регистров 8 и 15 пам ти запрещаетс , разрешаетс  чтение содержимого регистров 7 и 16. В делителе частоты устанавливаетс  коэффициент пересчета , задаваемый кодом, поступающим с выхода регистра 16. Дальше фор- мирование временного интервала длительности паузы идет аналогично формированию временного интервала длительности импульса. По окончании паузы с выхода счетчика 5 поступает импульс, по которому произврдитс  запись нового случайного числа из блока 3 пам ти, задающего длительность случайной составл ющей импульса, в счетчик 9 - код из регистра 7, триггер 6 устанавливаетс  в единичное состо ние, процесс повтор етс . Взаимодействие между генератором 1 случайных чисел и блоком 3 пам ти, с одной стороны, и, с другой стороны , между блоком 3 пам ти и приемниками случайных чисел организовано следующим образом. Если триггер 6 находитс  в нулевом состо нии, из блока пам ти по выходу 2 считываетс  код, задающий длительность импульса, если в единичном - код, задающий длительность паузы. Код амплитуды посто нно считы ваетс  на выход 1 блока пам ти. После окончани  одного цикла формировани  потока адрес чтени  кодов случайных чисел из блока 3 пам ти„уменьшаетс  на единицу. Генератор случайных чисел непрерывно формирует случайные числа параметров. После окончани  формировани  тройки случайных чисел они записываютс  в блок 3 па- м ти, при этом адрес записи и чтени  информации блока 3 пам ти увеличиваетс  на единицу. Таким образом, блок 3 пам ти представл ет собой буфер случайных чисел. Блок 2 управлени  работает в соответствии с описанным взаимодействием следующим образом. Адреса чтени  и записи информации дл  блока 3 пам ти формируютс  реверсивным сметчиком 19 блока управлени . После окончани  формировани  тройки чисел с выхода 2 генератора 1 случайных чисел поступает импульс готовности на суммирующий вход реверсивного счетчика 19. По переднему фронту этого импульса состо ние счетчика увеличиваетс  на единицу, после чего сформированна  тройка чисел записываетс  в блок 3 пам ти. Если в блоке 3 пам ти есть

7

свободные  чейки, т.е. состо ние счетчика 19 не равно максимальному (все единицы) , с выхода элемента И 20 на вход генератора 1 случайных чисел поступает сигнал, разрешающий формирование новой тройки случайных чисел Если в некоторый момент все  чейки блока 3 пам ти заполнены несчитывающимис  случайными числами, по сигналу с выхода элемента И 20 запрещаетс  работа генератора случайных чисел до момента, когда освобод тс   чейки пам ти..

После перехода триггера 6 в нулевое состо ние состо ние счетчика 19 уменьшаетс  на единицу, т.е. следующа  тройка случайных чисел будет считыватьс  из блока пам ти по адресу , на единицу меньшему, а в освободившиес   чейки запишетс  нова  трйка случайных чисел. Если в некоторый момент все случайные числа из блока 3 пам ти считались, нова  тройка чисел не сформирована, повторно считываютс  числа по нулевому адресу , однако уменьшение состо ни  реверсивного счетчика 19 запрещено сигналом логического нул  с выхода схемы ИЛИ 21, поступающим на первьш вход элемента И 22.

Повторные считывани , если их веро тность будет значительной, могут привести к нарушению требуемой веро тностной структуры генерируемого процесса. С одной стороны, веро тность повторных считываний кодов зависит от скорости формировани  случайных чисел и закона распределени  интервалов поступлени  запросов в первом приближении от отношени  времени формировани  трои;;- случайных чисел параметров к математическому ожиданию потока запросов. С дру гой стороны, эта веро тность зависит от количества  чеек блока 3 пам ти . Если математическое ожидание потока запросов на случайные числа больше времени генерировани  тройки чисел параметров, то при любом законе распределени  потока запросов путем увеличени  емкости блока 3 пам ти веро тность повторных считываний можно получить сколь угодно малой . Кроме того, структура блока управлени  может быть разной дл  разного типа генераторов случайных чисел . Например, если применить вместо

940328

генератора, формирующего последовательно числа каждого параметра, три генератора, работающих параллельно и независимо друг от друга, потребу5 етс  применить блок управлени , состо щий из трех блоков (фиг. 2).

Таким образом, на выходе устройства формируетс  поток импульсов пр моугольной формы со случайной ампли10 тудой, длительностью и паузой между импульсами с заданными(управл емыми) законами распределени . Причем изменение фор ы (вида) законов осуществл етс  путем перенастройки генера15 тора 1 случайных чисел, изменение

посто нных составл ющих временных параметров (изменение их математических ожиданий без изменени  дисперсии и формы законов) осуществл етс 

20 изменением содержимого первого 7 и второго 8 регистров пам ти, изменение частотных характеристик процесса (изменение масштабов временных параметров ) осуществл етс  изменением

25 содержимого третьего 15 и четвертого 16 регистров пам ти.

Предлагаемый генератор представл ет собой, по .с тцеству, аппаратурный имитатор информационных процессов,

30 имеющих принципиально импульсную природу . Важность управлени .параметр рами случайного импульсного потока позвол ет настроить генератор таким образом, что имитируемый процесс

, оказываетс  адекватным некоторому реальному по соответствующим статистическим характеристикам. Особенно эффективно использование предложенного генератора дл  моделировани 

Q информационных процессов в трактах

передачи, приема и обработки инфоромации . Современные радиотехнические системы стро тс  на основе одного из

видов импульсной модул ции при ПРЯМО

2 угольной форме сигналов. На всех этапах разработки и проектировани  этих систем используютс  различные виды моделировани  и, в частности имитационное моделирование.

Применение имитационного модели50 ровани  с использованием моделей сигналов, близких к реальным, позвол ет сократить врем  проектировани , повысить достоверность моделировани , снизить затраты на доводку промьпп55 ленных образцов радиотехнических систем.

Фиг.1

Фиг.З

Claims (1)

1. ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ИМПУЛЬСНОГО ПРОЦЕССА, содержащий генератор случайных чисел, блок управления, блок памяти, преобразователь коднапряжение, выход которого является выходом генератора, первый счетчик, первый и второй регистры памяти, отличающийся тем, что, с целью повышения точности генератора, он содержит триггер, второй счетчик, три элемента И, элемент НЕ, третий и четвертый регистры памяти, делитель частоты и генератор тактовых импульсов, а блок управления содержит два элемента И, элемент ИЛИ и реверсивный счетчик, выходы разрядов которого соединены с входами первого элемента И блока управления соответственно и подключены к входам элемента ИЛИ блоха управления соответственно, выход которого соединен с первым входом второго элемента И блока управления, вход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика блока управления, первый выход генератора случайных чисел соединен с информационным входом блока памяти, адресный вход которого подключен к выходам разрядов реверсивного счетчика блока управления, суммирующий вход которого подключен к второму’ выходу генератора случайных чисел, вход Опрос которого подключен к выходу первого элемента И блока управления, второй вход второго элемента И блока управления объединен с входами Опрос первого, второго, третьего и четвертого регистров памяти, а также с управляющими входами блока § памяти и преобразователя код - напряжение и подключен к выходу триггера, счетный вход которого объединен с синхронизирующим входом второго счетчика и подключен к выходу переполнения первого счетчика, первый и второй выходы блока памяти соединены соответственно с информационным входом преобразователя код - напряжение и с установочным входом первого счетчика, выходы первого и второго регистров памяти объединены между собой и подключены к установочному входу второго счетчика, выходы разрядов которого соединены с входами первого элемента И соответственно, выход которого соединен с первым входом второго элемента И непосредственно и через элемент НЕ - с первым входом третьего элемента И, выходы третьего и четвертого регистров памяти объединены между собой и подключены к управляющему входу делителя частоты, выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом дели1094032 теля частоты,выход которого соединен ~с вторыми входами второго и третьего „элементов И, выходы которых соединены со счетными входами соответственно первого и второго счетчиков .