SU1125624A1 - Генератор случайного процесса (его варианты) - Google Patents

Abstract

1. Генератор случайного процесса , содержащий генератор импульсов, делитель частоты, счётный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый счетчик, первый блок.пам ти, адресный вход-которого соединен с информационным выходом первого счетчика, датчик случайных чисел, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности г,енератора за счет повышени  энтропии процесса и обеспечени  возможности управлени  мощностью процесса в области нулевой частоты, введены два счетчика, три сумматора функциональ ный преобразователь, второй блок пам ти , умножитель, регистр пам ти, анализатор состо ний счетчиков и блок управлени , состо щий из триггера и элемента И, причем информационный выход первого счетчика соединен с адресным входом второго блока пам ти и с первым входом анализатора состо ни  счетчиков, а выход переполнени  первого счетчика соединен со счетными входами второго и третьего счетчиков, с единичным входом тригге- ра блока управлени  и с входом обнулени  первого сумматора, вход аргумента которого соединен с информацио (ным выходом второго счетчика, вход синхронизации первого сумматора объединен с входом синхронизации второго сумматора, с счетным входом первого счетчика и соединен с выходом элемента И блока управлени , а выход первого сумматора соединен с входом первого аргумента третьего сумматора , вход второго аргумента которого соединен с выходом первого блока пам ти , а выход третьего сумматора соединен с входом функционального преобразовател , выход которого соединен с первым входом умножител , второй вход умножи1;ел  соединен с выходом второгоблока пам ти, а выход умножител  соединен с входом аргумента второго сумматора, вход обнулени  о :д которого объединен с входом синхронизации регистра пам ти, с первым вхо дом злемента И блока управлени  и соединен с выходом делител  частоты, , N9 4ib а выход второго сумматора соединен с i информационным входом регистра пам ти , выход которого  вл етс  выходом генератора, второй вход анализатора состо ни  счетчиков соединен с информационным выходом третьего счетчика, а выход анализатора состо ни  счетчиков соединен с входом управлени  записью первого блока пам ти, информационный вход которого соединен с выходом датчика случайных чисел, вход опрос которого объединен с нулевым

Description

входом триггера блока управлени  и соединен с выходом генератора импул сов, единичйый выход триггера блока управлени  .соединен с вторым входом элемента И блока управлени .

2. Генератор случайного процесса, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, счетцый вход которого соединен с выходом генератора импульсов первый счетчик, первый блок пам ти, адресный вход которого соединен с информационным выходом первого счетчика, датчик случайных чисел, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей генератора замечет повышени  энтропии процесса и обеспечени  возможности управлени  мощностью процесса в области нулевой частоты, введены второй счетчик, три сумматора , второй блок пам ти, функциональный преобразователь, умножитель, регистр пам ти, анализатор состо ни  счетчиков и блок управлени , срсто ш 1й из триггера и элемента И, причем информадионньй выход первого счетчиг ка соединен также с адресным входом второго блока пам ти и с первым входом анализатора состо ни  счетчиков, а выход переполнени  первого счетчика соединен со счетным входом второго счетчика, с единичным входом триггера блока управлени  и с входом обнулени  первого .сумматора, вход аргумента которого соединен с информационным выходом второго счетчика и с вторым входом анализатора состо ний счетчиков, вход синхронизации первого сумматора объединен с входом синхронизации второго сумматора, со счетным входом первого счетчика и соединен с выходом элемента И блока

управлени , а выход первого сумматора соединен с входом первого аргумста третьего сумматора, вход второго аргумента которого соединен с выходом первого блока пам ти, а выход третьего сумматора соединён с входом функционального преобразовател , выход которого соединен с первым входом умножител , второй вход умножител  соединен с выходом второго блока пам ти, а выход умножител  соединен с входом аргумента второго сумматора , вход обнулени  которого объединен с входом синхронизации регистра пам ти, с первым входом элемента И блока управлени  и соединен с выходом делител  частоты, а выход второго сумматора соединен с информационным входом регистра пам ти, вьпсод которого  вл етс  выходом генератора вход управлени  записью первого блока пам ти, соединен с выходом анализатора состо ни  счетчиков, а информахщонный вход первого блока пам ти соединен с выходом датчика случайных чисел , -ВХОД Опрос которого объединен с нулевым входом триггера блока управлени  и соединен с выходом генератора импульсов, единичный выход триггера блока управлени  соединен с вторым входом элемента И блока управлени .

3. Генератор по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что анализатор состо ни  счетчиков содержит . блок пам ти и схему сравнени , выход которой  вл етс  .выходом анализатора , первым входом которого  вл етс  первый вход схемы сравнени , второй вход которой подключен к выходу блока пам ти, адресный вход которого  вл етс  вторым входом анализатора.

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано при построении имитациойномоделирующей аппаратуры дл  решени  задач исследовани  и oпти 0Iзaции структурно-сложных схем, при создании автоматизированных систем испытани  на вибрационные, акустические, электрические и другие воздействи .

Известно устройство, содержащее блок генераторов первичного нормального , блок формирующих фильтров, сумматор и нелинейный безынерционный преобразователь, позвол ющее формирование случайных процессов с произвольной заданной спектральной плотностью мощности (СПМ) в фиксированном диапазоне частот l. 31 Недостатками устройства  вл ютс  сложность технической реализации за счет множества генераторов первичного нормального игума и формируюп их фильтров, ограниченность частотного диапазона и низка  точность воспроиз ведени  заданной функции СПМ. Известно устройство, содержащее блок формировани  случайных временных интервалов, блок источников равномерно распределенных случайных ве ,личин, блок источников гармонических сигналов и блок суммировани  21 . Недостатком данного устройства  вл етс  сложность технической, peaлизации за счет.множества источников случайных величин и гармонических сигналов. Например, если данное устройство -использовать дл  формировани  случайного процесса при испытани х изделий на электродинамическом вибростенде, дл  обеспечени  достаточной точности коррекции амплитудно частотной характеристики вибростенда количество источников случайных вели чин и гармонических сигналов должно быть пор дка 400-800. Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс.  гене- ратор случайного процесса, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, датчик случайных чисел, счетчик и блок пам ти. Указанные бло ки соединены последовательно, второй вход счетчика соединен с выходом генератора импульсов, выход блока пам ти  вл етс  выходом устройства. Работу устройства можно представить как последовательность циклов, на каждом из которых путем последовательного циклического чтени  информа ции из блока пам ти, начина  со случайного в начале цикла адреса, форми руетс  отрезок реализации процесса.. Формируемый устройством процесс пред ставл ет собой последовательность склеенных отрезков одной периодической функции со слз айными начальными фазами. В блок пам ти записываетс  перед полигармонической функции с определенными соотношени ми амплитуд вход щих в нее гармоник. При этом функци  спектральной плотности мощности формируемого процесса аппроксимируетс  композицией компонентных функций (sin х/х) , сдвинутых по час тоте с равномерным шагом, с равной шириной основных лепестков, с весами A пропорциональными амплитудам соответствуклцих им гармоник записанной в пам ть полигармонической функции 3j. Недостатками известиого устройства  вл ютс  сложность настройки, так как дл  вычислени  полигармонической функции, записываемой в блок пам ти, требуетс  выполн ть большой объем вычислений , а также простота временной конструкции формируемого процесса, он состоит из отрезков однрй iB которых повтор ютс  одинаковые фрагменты формы, т.е. процесс обладает малой энтропией (случайностью). При . этом, если устройство используетс  в качестве генератора помех при испытании некоторой интеллектуальной системы, система может легче адаптироватьс  к данному воздействию. Кроме того, дл  устройства характерна больша  погрешность задани  требуемой, функции СПМ в области нулевой частоты . Недостатки сужают область применени  устройства и ограничивают его функциональные возможности. Целью изобретени   вл етс  повышение точности генератора за счет повышени  энтропии процесса и обеспечени  возможности управлени  мощностью процесса в области нулевой частоты . Поставленна  цель дрстигаетс  тем, что по первому варианту в генератор случайного процесса, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первь й счетчик, первый блок пам ти, адресный вход которого соединен с информационным выходом первого счетчика, датчик случайных чисел, введены два счетчика, три сумматора, функциональньш преобразователь, второй блок пам ти , умножитель, регистр пам ти, анализатор состо ний счетчиков и блок управлени , состо пщй из триггера и элемента И, информационный выход первого счетчика соединен с адресным входом второго блока пам ти и с первым входом анализатора состо ни  счетчиков, а выход переполнени  первого счетчика соединен со счетными входами второго и третьего счетчиков, с единичным входом триггера блока управлени  и с входом обнулени  первого сумматора, вход аргумента которого соединен с информационным выходом второго счетчика., вход синхронизации первого сумматора объединен с входом синхронизации второго сумматора, с счетньм входом первого счетчика и соединен с выходом элемента И блока управлени , а выход первого сумматора соединен с входом первого аргумента третьего сумматора вход второго аргумента которого соединен с выходом первого блока пам ти а выход третьего сумматора соединен с входом функционального преобразовател , выход которого соединен с первым входом умножител , второй вхо умножител  соединен с выходом второго блока пам ти, а выход умножител  соединен с входом аргумента второго сумматора, вход обнулени  которого объединен с входом синхронизации регистра пам ти, с первым входом элемента И блока управлени  и соединен с выходом делител  частоты, а выход: второго сумматора соединен с информационным входом регистра пам ти, выход которого  вл етсй выходом гене ратора, второй вход анализатора состо ни  счетчиков соединен с информационным выходом третьего счетчика, а выход анализатора состо ни  счетчиков соединен с входом управлени  записью первого блока пам ти, информационньш вход которого соединен с выходом датчика случайных чисел, вход Опрос которого объединен с .нулевым входом триггера блок управлени  и соединен с выходом генератора импуль сов, единичный выход триггера блока управлени  соединен с вторым входом элемента И блока управлени . Во втором варианте исполнени  генератора случайного процесса отсутствует третий счетчик, и второй вход блока анализа состо ни  счетчиков соединен с вькодом второго счетчика Во всем остальном состав блоков -и св зей генератора идентичен генерато ру по первому варианту. Дл  каждого варианта исполнени  анализатор состо ни  счетчиков соде жит блок пам ти и схему сравнени , выход которой  вл етс , выходом анал затора, первым входом которого  вл  етс  первый вход схемы сравнени , в рой вход которой подключен к выходу блока пам ти, адресный вход которог  вл етс  вторым входом анализатора. Второй вариант  вл етс  более простым, но в общем случае обеспечи вает меньшую точность формировани  процессов. Процесс, формируемый генератором по второму варианту,  вл етс  частным случаем процесса, формируемого -генератором по первому варианту , причем при данном частном случае примен етс  наиболее простой алгоритм настройки, требующий минимального объема вычислений. Поэтому, когда критичным  вл етс  врем  настройки , наиболее целесообразно применение второго варианта генератора случайных процессов. На фиг. 1-2 представлены структурные схемы первого и второго вариантов устройстваi на фиг. 3 - 5 - структурные схемы возможных реализаций функционального преобразовател , анализатора и блока управлени . Генератор по первому варианту содержит счетчики 1 и 2, сумматоры 3 и 4, функциональный преобразователь 5, умножитель 6, сумматор 7, регистр 8 пам ти, блоки 9 и 10 пам ти, анализатор 11 состо ни  счетчиков, генератор 12 импульсов, делитель 13 частоты , датчик 14 случайных чисел, блок 15 управлени , счетчик 16. Функциональньй преобразователь 5 содержит блок 17 инвертировани  и блок 18 пам ти. Анализатор -11 содержит блок 19 пам ти и схему 20 сравнени . Блок 15 управлени  содержит триггер 21 и элемент И 22. Во втором варианте исполнени  генератора отсутствует счетчик 16. Датчик 14 случайных чисел предназначен дл .формировани  равномерно распределенных случайных чисел и принципиально не имеет отличий от датчика , примен емого в известном устройстве . Мс кно использовать любой известный датчик случайных чисел, облаг дающий достаточным быстродействием. Функциональный преобразователь 5 предназначен дл  выполнени  преобразовани  , (0,2). В предлагаемом устройстве можно использовать табличный функциональный преобразователь , т.е. блок пам ти, в котором записываетс  последовательность отсчетов одного периода синуса, вход адреса которого  вл етс  входом преобразовател , а выход блока пам ти - выходом преобразовател « При дтом на вход преобразовател  подаетс  не аргумент х, а е;го номер k. В предлагаемом табличном функциональном преобразователе (фиг. 2)

использование свойств симметрии функции sin X позвол ет сократить объем пам ти в четьфе раза. В блок 18.пам ти записываетс  последовательность, отсчетов четверти периода синуса; y sin /2k+0 , rflek 0,Ы/4-1. Последовательность отсчетов первой и второй половины периода синуса отличаютс  только знаком. При t .1 N/4, N/2-l у N/2-fc-1 yic, прикс N,H-1, У .K т.е. отсчеты второй и четвертой периода синуса можно получить из отсчетов первой четверти, инвертиру  коды номеров отсчетов, причем принадлежность к второй и третьей четверти указывает единица во втором разр де входного кода k . Поэтому в функциональном преобразователе (фиг.2 старший разр д входного кода поступает на выход преобразовател  как знаковый , второй разр д соединен с входом блока инвертировани , при равенстве второго разр да нулю остальные разр ды кода входного числа проход т через блок инвертировани  без изменени , при единице во втором разр де инвертированные .

Блок 17 инвертировани  можно вьшолйить на элементах двухвходовых сумматоров по модулю 2 155ЛП5, первые вхо-зо Дл 

ды которых соединены и  вл ютс  входом управлени  блока 17 инвертировани , вторые входы  вл ютс  разр дными входами, а выходы - выходами блока 17 инвертировани . Блок 18 пам ти jj )целесообразно выполнить на элементах посто нной пам ти, например 155РЕЗ, 556РЕ4. Причем, поскольку интегральным элементам посто нной программируемой пам ти присуще  вление восста новлени  (нарушени  информации), сокращение объема пам ти дл  хранени  отсчетов синуса в четыре раза обуславливает более высокую надежность функционального преобразовател  и, устройства в целом. Анализатор 11 состо ни  счетчиков предназначен дл  выработки сигналов управлени  записью информации в блок 9 пам ти. В простейщем случае возмож но применение в качестве блока .анализа состо ни  счетчиков схемы сравнени  кодов (555СП1). При этом на выходе блока вырабатываютс  сигналы записи информации в блок 9 пам ти при равенстве состо ний счетчиков 1 и 16 (счетчиков 1 и 2 во втором варианте генератора случайных процес

сов) . Наличие в составе анализатора 11 состо ни  счетчиков (фиг. 3) блока 19 пам тичпозвол ет программировать совокупности состо ний счетчика 16 (счетчика 2 во втором варианте устройства), при которых при каждом i-oM состо нии счетчика 1 происходит выработка сигналов записи на выходе анализатора 11; программирование осуществл етс  путем записи в  чейки блока 18 пам ти с адресами, равными указанным состо ни м счетчика 16 (2) кодов i-x состо ний счетчика 1.

Блок 15 управлени  предназначен дл  выработки сигналов синхронизации счетчика 1 и накапливающих сумматоров 3 и 7 в течение цикла вычислени  одного отсчета формируемого процесса. На фиг. 5 представлен один из наиболее простых вариантов блока 15 управлени . Триггер 21 содержит входы 1 и 2 установки в нулевое и единичное состо ни  и выход состо ни . В качестве триггера 21 можно использовать интегральную схему 155ТМ2. В качестве элемента И 22 можно использовать микросхему 155ЛАЗ. Если с целью увеличени  быстродействи  применить конвейерный способ вычислений.

преобразовател  5 необходимо включить входной и выходной регистры, в состав сумматора 7 - выходной регистр , потребуетс  более сложна  peaчего в состав функционального лизаци  блока 15 управлени . Формируемый устройством процесс представл ет собой сумму элементарных процессов, каждый из которых состоит из примыкающих отрезков гармонической функции со случайными равномерно распределенными начальными фазами, гармонические функции, образующие элементарные процессы, имеют кратные частоты; чередование моментов смены фаз отрезков гармонических функций элементарных процессов программируетс  и в общем случае может быть задано произвольным требуемым . Работу устройства можно, представить как последовательность циклов, на кахщом из которых за тактов вычисл етс  один отсчет формируемого процесса как сумма произведений амплитуд гармоник элементарных процессов (коэффициенты ) на значени  отсчетов гармоник единичный амплиту-i ды. При этом на i-ых тактах последовательно выполн емых циклов с помощью счетчика 2 и сумматора 3 формиру етс  циклически линейно измен юща с  последовательность кодов (.номеров отсчетов гармонической функции),по которой функциональный преобразователь 5 формирует отрезок гармонической функции i-ro элементарного процесса . Сумматором 4 к последовательности кодов номеров отсчетов гармонической функции прибавл етс  случайное число, считываемое из i-й  чейки блока 9 пам ти, чем обеспечиваетс  задание случайной фазы отрезка гармонической функции i-ro элемен тарного процесса. Смена фазы отрезка гармонической функции осуществл етс  записью в  чейку блока 9 пам ти ново го случайного.числа с выхода датчика 14 случайных чисел. Моменты смены фаз определ ютс  по состо ни м счетчиков 1 и 16 (1 и 2 во втором вариан те устройства) с помощью анализатора 11 состо ни  счетчиков. Формируемые на выходе функционального преобразовател  5 в режиме разделени  вре мени отрезки гармонических функций единичной амплитуды умножаютс  на значени  коэффициентов амплитуд, счи тываемых из блока 10 пам ти,получаемые произведени  накапливаютс  в сумматоре 7, на выходе которого к концу цикла вычислени  получаем значение отсчета процесса. Перед началом сле дующего вычислени  код процесса с выхода накапливающего сумматора 7 переписываетс  в выходной регистр 8 пам ти. Длительность интервалов изменени  кодов процесса на выходе устройства задаетс  коэффициентом пересчета делител  13 частоты. Очередной цикл вычислени  процесса начинаетс  после выработки на выходе делител  13 частоты импульса, по которому в выходной регистр 8 записываетс  вычисленный на предьщущем цикле отсчет процесса, поступаю щий с выхода сумматора 7, накапливающие сумматоры 3 и 7 обнул ютс , триггер 21 блока 15 управлени  устанавливаетс  в единичное состо ние, разрешающее прохс вдение импульсов че рез элемент К 22 и вьфаботку на выхо де блика 15 управлени  импульсов син хронизации цикла вычислени . На нуле вом такте из блока 9 пам ти из нулевой  чейки, определ емой нулевым состо нием счетчика 1, считываетс  код пос.тупающий -бе  изменени  чере- сумматор 4 (так как на первом такте в сумматоре 3 всегда нуль) на вход функционального преобразовател  5. Очередным тактовым импульсом с выхода блока 15 управлени  в накапливающий сумматор 7 принимаетс  произведение кода отсчета синуса на коэффициент из рулевой  чейки блока 10 пам ти , состо ние счетчика 1 увеличиваетс  на единицу, в накапливаюпа1й . сумматор 3 принимаетс  код состо ни  счетчика 2 (путем прибавлени  кода состо ни  счетчика к нулевому состо нию сумматира). На каждом последующем i-OM такте по импульсу с выхода блока 15 управлени - к содержимому накапливающего сумматора У прибавл етс  произведение коэффициента из i-ой  чейки блока 10 пам ти на значение формируемого функциональным преобра- . зователем 5 отсчета синуса с номероМ| равным сумме случайного числа на -ой  чейки блока 9 пам ти и кода состо ни  накапливающего сумматора 3. По каждому импульсу с выхода блока.15 управлени  состо ние счетчика 1 увеличиваетс  на единицу, к содержимому накапливающего сумматора 3 прибавл етс  код состо ни  счетч} ка 2. Процесс идет до тех пор, пока счетчик 1 не пройдет всю последовательность состо ний до максимального, на его выходе 2 вырабатьтаетс  импульс переполнени , по которому триггер 21 блока 15 управлени  устанавливаетс  в нулевое состо ние, запрещающее прохождение через элемент И 22 импульсов синхронизации на выход блока 15 управлени , состо ние счетчиков 2 и 16 увеличиваетс  на единицу, после перехода через максимальное состо ние счетчик 1 устанавливаетс  в исходное нулевое состо ние. Цикл вычислени  закончен, в накапливающем сумматоре 7 получен отсчет формируемого процесса . Следующий цикл вычислени  начинаетс  после поступлени  следующего импульса с выхода делител  частоты , процесс повтор етс . На каждом- цикле состо ние счетчиа 2 увеличиваетс  на единицу, при том измен етс  от цикла к циклу и корость изменени  состо ни  накапивающего сумматора 3. Причем, если ассмотреть .1-е такты последовательно выполн емых циклов вычислений, от цикла К циклу состо ние накаплиnamiuero сумматора 3 на i -ом такте увеличиваетс  на i , т.е. на выходе сумматора 3 в режиме разделени  времени формируетс  циклически линейно измен ющиес  с oiaroM i кодовые после довательности номеров отсчетов гармонических функций кратных частот. В табл. 1 показаны изменени  номе ров отсчетов синусов кратных чисел с нулевыми начальными фазами. Из табл. 1 видно, что каждый стол бец номеров отсчетов гармоник кратных частот можно, получить путем последовательного накапливани  суммы кода первой (самой низкочастотной) гармоники. Номера гармоник в табл. соответствуют тактам циклов вычислени , номера отсчетов первой гармоники формируютс  счетчиком 2, накапливание суммы осуществл етс  сумматором 3. Однако, так как последователь нрсть .формируемых функциональным пре образователем 5 отсчетов синусов у периодическа  с периодом N , суммиро вание производитс  по модулю N. В табл. 2 показан пор док формировани  номеров отсчетов гармоник йп  случа  и . Если , где t - целое число, операци  суммировани  по модулю N, при использовании двоичного суммато ра означает отбрасывание старших ра р дов суммы, следующих из С-м разр  дом, т.е. используетс  -разр дный сумматор. По формируемым линейно циклически измен ющимс  последовательност м кодов на выходе сумматора 3, на выходё функционального преобразовател  5 в режиме разделени  времени формируютс  периодические последовательности отсчетов гармонических функций кратных частот, единичной амплитуды. Сумматором 4 осуществл ет прибавление к линейным последовательност м, формируемым наi -х тактах на выходе сумматора 3, кодов, считываемых из 1-х  чеек блока.9 пам ти, суммирование осуществл етс  также по модулю N Суммирование по модулю N линейной циклической последовательности кодов с посто нным числом обеспечивает сдвиг данной последовательности, и, следовательно, сдвиг фазы соответствующей последовательности отсчетов гармонической функции на выходе функционального преобразовател  5. В определенные минуты времени в  чейки блока 9 пам ти записываютс  новые коды с выхода датчика 1А случайных чисел, чем обеспечиваетс  задание случайных фаз отрезков гармонических функций. Запись в j-ю  чейку блока 9 пам ти нового случайного числа происходит при поступлении на его вход 2 управлени  записью сигнала с выхода анализатора 11 состо ни  счетчиков. Смены фаз отрезков гармонических функций каждого элементарного процесса происход т через одинаковое количество отсчетов N , причем в первом варианте предлагаемого генератора случайных процессов N может быть задано производным путем задани  коэффициента пересчета 16, равного требуемому зна g первом варианте устройства счетчик 16 выполн ет функции отсчета периода смены фаз. Если используетс  блок анализа состо ний счетчиков (фиг. 3), возможно задание произвольного требуемого чередовани  моментов смены фаз путем программировани  состо ний Ц счетчика 16, при которых происходит смена фаз отрезков гармонических функций i-x элементарных процессов, осуществл етс  программирование записью кодов, д в  чейки . блока 19 пам ти с адресами L;. Когда счетчик 16 находитс  в состо нии Lj , из блока 19 пам ти считываетс  в течении цикла вычислений код числа i, поступающий на второй вход схемы 20 сравнени , на i-ом такте данного цикла на первый вход смены сравнени  поступает код числа i с выхода счетчика 1, при этом на выходе схемы сравнени  в течение i -го такта вырабатываетс  сигнал равенства кодов, а в 1-ю  чейку блока 9 пам ти записываетс  новое случайное число. Если в анализаторе 11 состо ни  счетчиков блок 19 пам ти включить между первым входом блока анализа и первым входом схемы 20 сравнени , а второй вход схемы 20 сравнени  сое динить непосредственно с вторым входом анализатора 11 состо ни , программирование моментов смены фаз осуществл етс  записью в i -е  чейки блока 19 пам ти кодов состо ний счетчика 16, при которых должны измен тьс  фазы отрезков гармонических функций , 1-k элементарных процессов. Во втором варианте предлагаемого устройства счетчик 16 отсутствует, его функции выполн ет счетчик 2, при этом, так как коэффициент пересчета счетчика 2 равен N , смена фаз отрезков гармонических функций элементарных процессов происходит через N отсчетбв, через интервалы времени , равные длительности повторени  первой (самой низкочастотной) гармонической функции. В качестве анализатора состо ни  счетчиков можно использовать просто схему сравнени . При этом пор док изменени  фаз отрезков гармонических 15 функщ€й зависит от способа сравнени . Если коды состо ний счетчиков сравниваютс  в естественном пор дке, т.е. i-й разр д одного счетчика с i-м разр дом другого, смена фаз происходит 20 за М+1 последовательно выполн емьк циклов вычислени  процесса. Можно использовать двоично-инверсный пор док сравнени , при котором разр дные выходы одного счетчика соедин ютс  с 25 входами схемы сравнени  в естественном (пр мом) пор дке, а другого счетчика - в обратном. Данный способ позвол ет максимально разнести моменты смены фаз отрезков гармонических функ- зо с

ций элементарных процессов.

Применение программируемого анализатора (фиг. 4) наиболее целесообразно в первом варианте генератора случайных процессов, так как он позвол -,, ет обеспечить наибольшую равномерность моментов смены фаз при произвольном зна:чении N. Во втором варианте генератора случайных процессов можно рекомендовать применение прост схемы сравнени  с двоично-инверсным способом сравнени . Таким образом, формируемый предла гаемым устройством процесс представл ет собой сумму элементарных процес сов, каждый из которых состоит из примыкающих отрезков гармонических функций со случайными равномерно рас пределенными начальными фазами, гармонические функции имеют кратные час , тоты. При этом функци  СПМ формируеMbjx процессов как в известном, так и в предлагаемом устройствах определ етс  соотношением где где Д рой тре опр ры М ма  миру ( 1). дели чае дой

функций, и коэффициенты А| можно прин ть равными значени м функции СПМ в точках ku) . Полученные значени  А.  вл ютс  дл  предлагаемого устройства М - количество гармонических функций, образуюпщх.элементарные процессы; А - амплитуды гармонических функций; -количество отсчетов, через которые измен ютс  фазы отрезков гармонических функций ; -длительность интервала дискретизации формируемого процесса; ( - частота первой (самой низкочастотной ) гармонической функции СО, 27/(N. &), N - количество отсчетов задани  периода первой гармонической функции, причем . л  настройки предлагаемого усттва на формирование процесса с уемой функцией СПМ необходимо делить коэффициенты АК и парамет , N и дТ, при которых требуефункци  СПМ оптимально аппроксиетс  суммой компонентных Наиболее просто А) можно опреть , так как в этом, слумаксимум основного лепестка кажкомпонентной функции совпадает минимумами остальных компонентных параметрами задани  формы функции СПМ и записываютс  в блок 10 пам ти. Во второй варианте предлагаемого генератора случайных чисел всегда N N. Дп ,настройки известного устройства необходимо также, как и дл  предлагаемого , определить параметры А), N ийТ, затем по значени м Ai и М вычислить период полигармонической функции, включающей М гармоник с амплитудами Ац, кажда  из которых состоит из N отсчетов. При этом необходимо по сравнению с предлагаеьым устройством выполнить дополнительно большойобъем вычислений, включающий вычислени  синусов, произведений и суммирование, тем больший, чем больше требуетс  точность воспроизведени  требуемых функций СПМ. В функции СПМ процесса, формируемого известным устройством, отсутствует компонентна  функци  с нулевой центральной частотой (), сама  низкочастотна  компонентна  функци 

имеет центр в точке С0| - Это обуслав ливает провал в области нулевой частоты и большую погрешность воспроизведени  в области частот от О доСО функций СПМ не равных нулю в области нулевой частоты. В предлагаемом устройстве на нулевых тактахформируетс  элементарньй процесс, представл ющий собой отрезки посто нных смещений длительностью N it со случайной от отрезка к отрезку амплитудой, равной произведению отсчета синуса с номером , определ емым кодом в нулевой  чейке блока 9 пам ти, на значение коэффициента из нулевой  чейки блока 10 пам ти. При этом в функции СПМ формируемого на в,ыходе предлагаемого устройства процесса присутствует компонентна  функци  с нулевой централь-ной частотой, что и позвол ет управление мощностью в области нулевой частоты .

Процесс, форм1фуемь1й известным устройством,состоит из отрезков полигармонической функции со случайными начальными фазаьш, в каждом отрезке присутствуют повтор ющиес  фраг-. менты формы. Временна  структура .процесса , формируемого предлагаемым уст ройством , отличаетс  большей сложностью , в процессе отсутствуют регул рно повтор ющиес , как в известном, фрагменты одинаковой формы. В процессе , формируемом известным устройством , в моменты изменени  фаз отрезков происход т разрывы, резкие перепады случайной амплитуды, следующие через регул рные промежутки времени. Так как в предлагаемом изменение фаз отрезков гармонических функций может быть задано в несовпадающие моменты времени, дисперси  разрывов значительно меньше, количество моментов случайных приращений процесса в М

раз больше по сравнению с известным,уст ройством.

Количество компонентных функций задани  функции СПМ не может быть больше N/2, однако количество элементарных процессов,образуюшдсс формируемый предпагаемым. устройством результирующий процесс, может быть увеличено до любого требуемого числа путем введени  элементарных процессов с одинаковой частотой, но с независимыми случайныгШ фазами. Если их количество больше М , на каждом такте формируемого процесса можно обеспечить случайное приращение. Дл  тог чтобы функци  СПМ формируемого процесса не измен лась при введении элементарных процессов с одинаковой частотой , необходимо выполн ть условие равенства суммы квадраторов амплитуд гармоник одинаковой частоты требуемому значению Aj. Возможность, изменени  количества элементарных процессов дает возможность управлени  параметрами закона распределени  амплитуд формируемого процесса. С увеличением количества элементарных процессов происходит увеличение области существовани  амплитуд. При этом, если нормировать процесс по амплитуде , изменение количества элементарных процессов позвол ет измен ть дисперсию распределени  без изменени  области существовани  амплитуд.

Известное устройство не позвол ет формирование узкополосных процессов с нормальным распределением амплитуд так как узкополосный процесс задаетс  одной-двум  гармоническими функци ми . Возможность введени  в предлагаемое устройство элементарных процессов с одинаковыми частотами с фазами , измен ющимис  в несовпадающие моменты времени, позвол ет формирование узкополосных процессов с нормальным законом распределени  сложной временной структуры.

Предлагаемое устройство позвол ет формирование не только случайных, но и регул рных процессов, дл  чего необходимо запретить выработку анализатором 11 сигналов управлени  записью в блок 9 пам ти случайных чисел . В этом сдгучае устройство формирует поли гармонический процесс с гфоизвольными требуемыми соотношени ми амплитуд и фаз гармоник. Использу 

If преобразование Фурье можно настроить устройство на формирование регул рного процесса с произвольной формой сигнала на периоде. При этом перед началом работы в блок 9 пам ти занос тс  начальиые фазы гармоник, а в блок 10 пам ти - значени  их амплитуд .

Из серийио выпускаемых специализированных устройств формировани  случайных процессов предлагаемое устройство можно сравнить с генератором случайного процесса установки СУВУ ШСВ, позвол ющим формирование случайного процесса с управл емой функцией 1 СПМ в диапазоне частот 5-2000 кГц. Устройство позвол ет формирование процессов в значительно более широко диапазоне - от нул  до единиц мегагерц (в зависимости от используемой элементарной базы) и, кроме того, позвол ет формирование не только слу чайных, но и периодических процессов Предлагаемое устройство отличаетс  от генератора установки СУВУ ШСВ приблизительно в дес ть раз меньшими габаритами и весом, воспроизведени  заданной СПМ в 5-10 раз выше. В качестве базового образца дл  сравнени  вз та ЭВМ СМ-1800, вариант СМ 50/40, в состав которой входит устройство св зи с объектом. Исподьзу  алгоритм функционировани  предлагаемого устройства, с помощью данной ЭВМ можно формировать псевдослучайный процесс со структурой, аналогичной структуре процесса, формируемого предлагаемым устройством. Причем в данном случае оба варианта .

Отсчет

Гармоника

3 6 9

2 4 6

1 2 3

О

О

О

2in

Зга

tn

ш.

Отсчет (состо ни  сумматора 3)

Такт

0000- 000 0000ОбОО

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 15 Cf 1

.6 8 10 12 14 1.6 2 4 6 8 1012 14 О 2

9 12 15 2 5 8 11 14 1 4 710 13 О 3

1204 8 12 04 812 О 481204

О 1 О 2 О 3

тН

m

-Таблица 2

, I .. . обеспечивают потенциально одинаковую точность формировани  процессов. Однако формируемый с помощью ЭВМ процесс  вл етс  псевдослучайным и имеет период повторени , при решении задач исследовани  сложных систем применение псевдослучайных процессов в р де случаев недопустимо. Анализ времени выполнени  операций. ЭВМ QM1800 показывает, что быстродействие ЭВМ при формировании псевдослучайных процессов пор дка на четыре меньше быстродействи  предлагаемого устройства , выполненного на интегральных схемах ТТЛ серий. Стоимость базового образцасоставл ет 50 тыс. руб. Расчеты , основанные на опыте разработки и изготовлени  известного устройства, показывают, что ориентировочна  стоимость предлагаемого устройства.составит 4 тыс. руб. Причем предлагаеое ус-тройство отличаетс  от ЭВМ СМ-1800 приблизительно в 15 раз меньшими габаритами и весом и меньшими эксплуатационными з.атратами. Таблица 1

Отсчет состо ни  сумматора 3

Такт S О 5 10 15 4 9 14 3 813 2 6О 6 12 2 8 . 14 4 10 О 6 12 7О 7 14 5 12 3 10 1 8 15 6

Продолжение табл.2

5

Фиг. Г 7 12 1 6 11 О 5 2 8 14 4 10 О 613 4 11 2 90 7

быход

Фиг. 2

Claims (3)

1. Генератор случайного процесса, содержащий генератор импульсов, делйтель частоты, счётный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый счетчик, первый блок.памяти, адресный вход-которого соединен с информационным выходом первого счетчика, датчик случайных чисел, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности генератора за счет повышения энтропии процесса и обеспечения возможности управления мощностью процесса в области нулевой частоты, введены два счетчика, три сумматора, функциональ· ный преобразователь, второй блок памяти, умножитель, регистр памяти, анализатор состояний счетчиков и блок управления, состоящий из триггера и элемента И, причем информационный выход первого счетчика соединен с адресным входом второго блока памяти и с первым входом анализатора состояния счетчиков, а выход переполнения первого счетчика соединен со счетными входами второго и третьего . счетчиков, с единичным входом триггера блока управления и с входом обнуления первого сумматора, вход аргумента которого соединен с информационным выходом второго счетчика, вход синхронизации первого сумматора объединен с входом синхронизации второго сумматора, с счетным входом первого счетчика и соединен с выходом элемента И блока управления, а выход первого сумматора соединен с входом первого аргумента третьего сумматора, вход второго аргумента которого соединен с выходом первого блока памяти, а выход третьего сумматора соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединён с первым входом умножителя, второй вход умножителя соединен с выходом второго блока памяти, а выход умножителя соединен с входом аргумен· та второго сумматора, вход обнуления которого объединен с входом синхронизации регистра памяти, с первым входом элемента И блока управления и соединен с выходом делителя частоты, а выход второго сумматора соединен с информационным входом регистра памяти, выход которого является выходом генератора, второй вход анализатора состояния счетчиков соединен с информационным 'выходом третьего счетчика, а выход анализатора состояния счетчиков соединен с входом управления записью первого блока памяти, информационный вход которого соединен с выходом датчика случайных чисел, вход '’опрос’’ которого объединен с нулевым тгжгг^поТ)§·* входом триггера блока управления и соединен с выходом генератора импуль сов, единичный выход триггера блока управленйя соединен с вторым входом элемента И блока управления.

2. Генератор случайного процесса, содержащий генератор импульсов, делительчастоты, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый счетчик, первый блок памяти, адресный вход которого соединен с информационным выходом первого счетчика, датчик случайных чисел, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет повышения энтропии процесса и обеспечения возможности управления мощностью процесса в области нулевой частоты, введены второй счетчик, три сумматора, второй блок памяти, функциональный преобразователь, умножитель, регистр памяти, анализатор состояния счетчиков и блок управления, состоящий из триггер^ и элемента И, причем информационный выход первого счетчит ка соединен также с адресным входом второго блока памяти и с первым входом анализатора состояния счетчиков, а выход переполнения первого счетчика соединен со счетным входом второго счетчика, с единичным входом триггера блока управления и с входом обнуления первого сумматора, вход аргумента которого соединен с информационным выходом второго счетчика и с вторым входом анализатора состояний счетчиков, вход синхронизации первого сумматора объединен с входом синхронизации второго сумматора, со счетным входом первого счетчика и соединен с выходом элемента И блока управления, а выход первого сумматора соединен с входом первого аргумеп/ та третьего сумматора, вход второго аргумента которого соединен с выходом первого блока памяти, а выход третьего сумматора соединён с входом функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом умножителя, второй вход умножителя соединен с выходом второго блока памяти, а выход умножителя соединен с входом аргумента второго сумматора·¹, вход обнуления которого объединен с входом синхронизации регистра памяти, с первым входом элемента И блока управления и соединен с выходом делителя частоты, а выход второго сумматора соединен с информационным входом регистра памяти, выход которого является выходом генератора, вход управления записью первого блока памяти, соединен с выходом анализатора состояния счетчиков, а информационный вход первого блока памяти соединен с выходом датчика случайных чисел, вход Опрос которого объединен с нулевым входом триггера блока' управления и соединен с выходом генератора импульсов, единичный выход триггера блока управления соединен с вторым входом элемента И блока управления.

3. Генератор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что анализатор состояния счетчиков содержит блок памяти и схему сравнения, выход которой является выходом анализатора, первым входом которого является первый вход схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу блока памяти, адресный вход которого является вторым входом анализатора.