SU389501A1 - Генератор псевдослучайных сигналов - Google Patents

Description

1

Изоб ретение относитс  к области вычислительной техники и, в частности к моделированию случайных цроцессов и  влений.

Предлагаемый генератор псевдослучайных сигналов может быть использован дл  исследовани  различных технических, биологических и других систем, решени  статистических задач на аналоговых и гибридных аналого-цифровых вычислительных машинах, а также дл  моделировани  различных систем св зи и обнаружени  с учетом шумов, запаздываний, отражений.

Известные генераторы псевдослучайных сигналов выполнены на основе регистров сдвига, в цепи обратной св зи которых установлен сумматор по mod 2.

Такие генераторы могут быть выполнены с использованием одновременно цифровых и аналоговых блоков. Так, например, генераторы псевдослучайных сигналов с бин-омиальным распределением содержат кодирЗюш;ее устройство, два набора цифровых управл емых сопротивлений. Входы цифровых управл емых сопротивлений обоих наборов подключены соответственно к первому 1входу и выходу компаратора, а выходы ч&рез соответствующие ключи выбора - ко входу интегратора и инвертора соответственно. Выход инвертора подключен к первому входу компаратора, второй вход -которого соединен с выходом интегратора; выход компаратора через формирователь подключен ко входу двоичного счетчика и ко .входам регистра сдвига с сумматором в цепи обратной св зи.

Однако в таких генераторах период псевдослучайной последовательностн цифрового и аналогового сигналов ограничен разр дностью регистра сдвига; максимальное число случайных реализаций в случае «-разр дного регистра равно /V

увеличение за счет разр дности регистра сдвига не всегда рационально, поскольку многоразр дные регистры сдвига довольно сложны и ненадежны в работе;

ширина линейчатого спектра псевдослучайного сигнала ограничена и зависит от максимальной частоты следовани  импульсов сдвигде п- период следога

н„

вани  импульсов сдвига.

Целью изобретени   вл етс  устранение этих недостатков, т. е. увеличение периода повторени  псевдослучайной последовательности и расширение спектра частот сигналов.

Эта цель достигаетс  тем, что разр дные выходы регистра сдвига подключены к управл ющим входа цифровых управл емых сопротивлений обоих наборов, выходы двоичного счетчика через кодирующую схему подключены к управл ющим входам ключей выбора. На фиг. 1 приведена схема предложенного генератора псевдослучайных сигналов; на фиг. 2 - диаграммы напр жений псевдослучайных и управл ющих сигналов на входах и и выходах генератора. Генератор содержит интегратор I, инвертор 2, выполненные па операционных усилител х с интегрирующей емкостью и солротивлением в цеп х отрицательной обратной св зи, компаратор 3 напр жений. Интегратор 1, инвертор 2 и компаратор 3 образуют замкнутый колебательный контур (аналоговый мультивибратор) с целью положительной Обратной св зи. В мультивиб|раторе при обеспечении необходимых условий возникают автоколебани  с пилообразной или треугольной формой напр жени  на выходе интегратора 7 и с пр моугольной формой па .выходах комиаратора Зи инвертора 2. Причем на выходе компаратора напр жение может припимать только два фиксированпых значени : +С/ст и -LCT. Генератор содержит также «.-разр дный регист|р сдвига 4 с одноразр дным сумматором 5 по mod 2, двоичный т-разр дный счетчик 6 (), старшие разр ды которого (+1, +2, ..., I, ..., т) подключены ко входа.м кодирующей схемы 7, формирователь 8 коротких импульсов сдвига, включенный между выходом компаратора 3 напр жений и входами регистра сдвига 4 и двоичного счетчика 6. Кодирующа  схема 7 представл ет собой шифратор со случайным законом кодировани , имеющий К входов л 2К выходов (К т-п, где m - разр дность двоичного счетчика 6, а п- разр дность регистра сдвига 4}. На входах интелратора / и инвертора 2 установлены наборы 9 и 10 цифровых управл емых сопротивлений 11, образованных п последавательпо включенными резисторами с щунтирующими их ключами. Номиналы резисторов всех цифровых управл емых сопротивлений (ЦУС) . могут быть распределены как по регул рному закону (папример , двоичному: R, 2/, ..., ), так и по случайному, например, с использованием таблиц Гауссавского, Рэлеевского и других распределений . Проводимость каждого ЦУС определ етс  п-разр дным параллельным кодом на выходах регистра сдвига 4, подаваемым на управл ющие входы ЦУС. С помощью ключей выбора 12 ЦУС, управл емых от кодирующей схемы 7, ко входам интегратора / и инвертора 2 могут подключатьс  как отдельные ЦУС 11, так и их различные сочетани  (параллельно включенные ЦУС по 2, 3, ... К). Число различных комбиналг . ций дл  одного набора равно 2 Ск, где К -число ЦУС, Ск -число сочетаний из/С по L Дл  деух наборов ЦУС 11, установленных в генераторе, число комбинаций сответственно возрастает и равно к при одинаковом числе цифровых управл емых сопротивлений 11 в каждом наборе 9 и 10. В итоге увеличиваетс  число случайных реализаций , которое становитс  равным A(2«-1)(J ciV; i-l I ( где   - разр дность регистра сдвига), а следовательно , увеличиваетс  период повторени  псевдослучайной последовательности сигналов . I i Число Ск не  вл етс  степенью двух, поэтому чтобы обеспечить согласованную работу двоичного т-разр дного счетчика 6 и кодирующей схемы 7, используютс  не все указанные комбинации, а меньщее их число, кратное степени двух. При этом исключаютс  наиболее сложные комбинации, например когда включены одновременно все ЦУС или больщое их число. Устройство работает следующим образом. В исходном состо нии регистр сдвита 4, двоичный счетчик 6 сбро.щены сигналом установки нул  «О (СБРОС) по выходу 13 (фиг. 2,а). При этом на интеграторе / и инверторе 2 установлены начальные услови  (например, пулевые). Аппаратурные средства, обеспечивающие установку начальных условий, на работу генератора вли ни  не оказывают, и на чертежах не показаны. По нулевому состо нию старщих разр дов двоичного счетчика 6 срабатывают определепные ключи выбора 12 ЦСУ, управл емые кодовой схемой 7, обеспечива  первую случайную комбинацию. В пачальпый момент времени , на выход 14 формировател  8 подаетс  разрещающий потенциал (фиг. 2, б), подготавливаюий формирователь к приему оигналои от компаратора 3. . В момент времени на вход 15 подаетс  сигнал записи единицы (ПУСК) в младий разр д регистра сдвига 4 (фиг. 2, в). По ервоначальному состо нию регистра сдвига ЦУС со случайным номиналом подключает  ко входам интегратора / и инвертора 2. Напр жение интегратора на выходе 16 наинает измен тьс  по линейному закону (фиг. , г),определ емому несколькими случайными араметрами схемы А - пыХзн ( н); RMTtt,, ( 1 + )Кэкв.„ , коэффициент усилени  операционного усилител ; С - номинальное значение емкости конденсатора в цепи обратной св зи интегратора /; экв„ - эквивалентное сопротивление набора 9 на входе интегратора в интервале от н до i; выхзн - напр жение инвертора на выхо де 17 1 выХзн - . ос - сопротивление в цепи обратной св зи инвертора 2; RsKBj, - эквивалентное сопротивление набора 10 на входе инвертора в интервале от t до ti, UC.T - стабильный уровень напр жени  компаратора 3 напр жений на выходе 18 (фит. 2, д). Из формул (1) и (2) следует const. (1 +А)С На вход компаратора напр жений 3 поступают линейное напр жение интегратораf/вых со случайной крутизной pinir ЭКВ.д -ЭКВ.д и напр жение с выхода инвертора 2 со случайной амплитудой выхзн (фиг. 2, г и 2, е соответственно). Когда эти два напр жени  сравниваютс , комларатор измен ет свое состо ние на противоположное на выходе 19 формировател  8 по вл етс  сдвиговый импульс (фиг. 2,ж), который поступает на входы регистра сдвига 4 и двоичного счетчика 6. Интервал времени ti - /„  вл етс  случайным и определ етс  из равенства: , J .Хд„| по формулам (2) и (3). После преобразований имеем ( +A)-Rl,, -С ( ,-4) ; . (4) Дл  момента времени ti (фиг. 2, г, е ( i + )U., -с вылц - - выхзг ; (i - fi-l) . в момент времени на выходах 20 регистра сдвига по вл етс  псевдослучайный параллельный двоичный код Q - а,, «2, ... , а,., .. . , а„,(5) управл ющий ключами ЦУС и задающий новые случайные значени  ЦУС на входах интегратора / и инвертора 2. На выходе инвертора устанавливаетс  новое значение напр жени  (фиг. 2, е) другой амолитуды и противоположного знака. Линейное напр жение на выходе интегратора (фиг. 2, г) начинает измен тьс  с другой крутизной и в противоположную сторону .( . - RIJY1 В дальнейшем процесс повтор етс . При поступлении на счетчик 6 п-то импульса на старших разр дах формируетс  параллельный код, отличный от нулевого, который преобразуетс  кодовой схемой 7 в новую комбинационно-избирательную функцию ,г (,1г,1М fjU /,11АИли СбЧ г -Oj, Oj, ... , V. ... , О, Wj , 2 ( верхний индекс (I, II) указывает прииадлежность к первому или второму наборам (соответственно 9 и 10, управл ющим ключами выбора 12 ЦСУ и задаюш,ИМ новую случайную комбинацию. Изменение функции Ч происходит через каждые очередные 2д сдвиговых импульсов. Генератор может работать также и в периодическом режиме с посто нными частотой следовани  и амплитудор выходных сигналов. Если в момент времени , сн ть разрешающий потенциал на входе 14 формировател  8, то на его выходе отсутствуют сдвиговые импульсы (фиг. 2). В этом случае генератор переходит в режим автоколебаний с параметрами выходных сигналов, определ емыми состо нием , предшествовавшим f;, что позвол ет повтор ть любую случайную реализацию необходимое число раз. Таким образом, параметры выходных ситналов генератора (амплитуда, кр тизна, длительность ) в каждый момент времени завис т от многих случайных дискретно измен емых величин и определ ютс  двум  матрицами состо ний , в каждой из которых (п+1) столбцов и (/С+1) строк. Эквивалентна  проводимость каждого набора находитс  из матриц по следзющей формуле . где а, и принимают одно из двух значений: О или 1. Таким образом, предложенный генератор псевдослучайных сигналов позвол ет увеличить период псевдослучайной последовательности в раз по сравнению с проотипом и формирует на своих выходах цифовые и аналоговые сигналы с заданными аспределени ми амплитуды, крутизны и длиельности при расширении спектра частот, так как с помощью интегратора на операционном силителе можно получать сигналы с длительност ми от долей миллисекунд до сотен и тыс ч секунд, т. е. коэффициент перекрыти  по частоте /minmin может быть весьма :большим (свыше 10), что приближает псевдослучайные сигналы к белому шуму. Предмет изобрете«и  Генератор псевдослучайных сигналов, содержащий кодирующее устройство, два набора Цифровых з-правл емых сопротивлений, входы цифровых управл емых сопротивлений обоих наборов подключены к первому входу и к выходу компаратора соответственно, а выходы через соответствующие ключи выбора подключены соответственно ко входу интегратора и ко входу инвертора, выход которого подключен к первому входу коМПарагора, второй вход которого соединен с выходом интегратора, выход компаратора через формирователь подключен .ко входу двоичного счетчика и ко входам регистра сдвига с сумматором в цепи обратной ов зи, отличающийс  тем, что, с целью расширени  класса решаемых задач, разр дные выходы регистра сдвига нодключены к Зправл ющим входам цифровых управл емых сопротивлений обоих наборов, выходы двоичного счетчика через кодирующую схему подключены к управл ющим входам ключей выбора .

гЧ

Р

(Пуск) i L U-3XIirjII , 1I Г,

j-iJi|/7 /|/ 2| У

т

г i

1 I L Jл-///- 1

J i импульсоб {2 /j