Генератор случайного процесса

 

1. ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА , содержащий первый генератор пуассоновского потока импульсов, реверсивный счетчик, выход которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого яв .ляется выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, содержит второй генератор пуассоновского потока импульсов, блок выравнивания интенсивностей пуассрновских потоков импульсов, первый к второй преобразователи код - интенсивность, первый и второй блоки памяти, при этом выходы первого и второго генераторов пуассоновского потока импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами блока выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков импульсов, первый выход которого соедилен с синхронизирующим входом первого и счетным входом второго преобразователей код - интенсивность, втоS «рой выход блока выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков импульсов соединен со счетным входом . первого и синхронизирующим входом второго преобразователей код - интено сивность, выходы которых соединены е соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика , выход которого соединен с адресными входами первого и второго блоков памяти, выходы которых соединены с управляющими входами соответстСП вующих преобразователей код-интен00 сивность соответственно.

1158 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК аа 01) 3(р С 06 F 7/58

"5-QQ f7 Ф g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ,Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ й",; r н&l1 Q4J g -,:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ П.НИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3585595/18-24 (22) 27. 04. 83 (46) 30,08.84. Бюн. В 32 (72) А.С.Анишин,.В.А.Мальцев и А.А.Скрибченко (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 425181, кл. G 06 F 7/58, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 760049, кл. С 06 Р 7/58, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

У 744532, кл. G 06 F 7/58, 1978.

4. Авторское свидетельство СССР ,Р 484626, кл. G 06 F 7/58, 1973 (прототип).

5. Авторское свидетельство СССР по заявке У 3467441/18-24, кл. G"06 F 7/58, 1982.

:(54)(57) 1. ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРО.

ЦЕССА, содержащий первый генератор пуассоновскоro потока импульсов, реверсивный счетчик, выход которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого яв.ляется выходом генератора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения, содер1 жит второй генератор пуассоновского потока импульсов, блок выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков. импульсов, первый и второй преобразователи код — интенсивность, первый и второй блоки памяти, при этом выходы первого и второго генераторов пуассоновского потока импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами блока выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков импульсов, первый выход которого соединен с синхронизирующим входом первого и счетным входом второго преобразователей код — интенсивность, вто рой выход блока выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков импульсов соединен со счетным входом первого и синхронизирующим входом второго преобразователей код — интеко% сивность, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с адресными входами первого и второго блоков памяти, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих преобразователей код-интенсивность соответственно. . ОО

1111! 58

2. Генератор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что каждый преобразователь код — интенсивность содержит элемент задержки, счетчик„ стробированный дешифратор, группу элементов И и элемент ИПИ, выход которого является вьиодом преобразователя, при этом объединенные вход элемента задержки и управляющий вход стробированного дешифратора являются синхронизирующим входом преобразователя, а счетный вход счетчика являИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании дискретных случайных процессов и цифровых кодов по заданному распределению, а также при моделировании марковских процессов гибели и размножения.

Известно устройство для моделирования случайного процесса гибелй и размножения, содержащее две группы (2Й) генераторов пауссоновских потоков импульсов, две группы 2(N-1) элементов И и N триггеров,,где N - число дискретных значений (состояний) моделируемого процесса (1».

Недостатками этого устройства являются большой объем электронного оборудования, невысокая точность работы и сложность настройки из-за большого числа (2М) генераторов случайных потоков импульсов с регулируемыми интенсивностями.

Известно устройство для моделирования случайного процесса по вероят- ностному графу с двумя выходами из каждого состояния, содержащее генератор случайного потока импульсов, два вероятностных (1,ll)-полюсника, два блока элементов И, элементы ИЛИ, управляемый регистр сдвига, два блока памяти, блок моделирования состоя ний вероятностной сети, коммутатор, элементы И и задержек Е23

Однако известное устройство имеет ограниченные возможности по числу N моделируемых состояний случайного процесса, так как объем электронного ется счетным входом преобразователя, выход элемента задержки соединен с входом "Сброс" счетчика, выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих Разрядов стробирован-. ного дешифратора, выходы которого соединены с первыми входами соответ1 ствующнх элементов И группы, вторые входы которых образуют управляющий вход преобразователя, а выходы эле,ментов И группы соединены с соответ ствующими входами элемента ИЛИ. оборудования находится в линейной за. висимости от числа N.

Известен генератор случайного процесса, содержащий группу 11 датчиков случайных потоков импульсов, выходы которых подключены к входам управляемых элементов И группы, вьиоды которых через шифратор соединены с входа ми регистра памяти, блок задания.дли1О тельности испытаний, блок управления, регистр, адреса и группу блоков памяти, выходы которых соединены с управляющими входами датчиков случайных потоков, а входы блоков памя15 ти через регистр адреса подключены к группе выходов блока управления 3».

Данный генератор также имеет большой объем электронного оборудования, поскольку для моделирования каждого

20 состояния случайного дискретного процесса используется отдельный управляемый датчик случайного потока импульсов. Кроме того, известный генератор имеет невысокую точность

25 работы из-за трудностей стабилизации интенсивностей случайных потоков импульсов многочисленного состава (N) датчиков случайных потоков импульсов.

1О . Наиболее близким к предложенному

IIo технической сущности и достигаемому результату является генератор флюктуационных колебаний, содержащий генератор пуассоновского потока импульсов, выход которого соединен

31

ro счетным входом триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первыми входами

1111158 пергого и второго элементов И, вторые входы которых объединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов, а выходы элементов И соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика соответственно. Генератор прост по устройству, имеет, неограниченные возможности по числу М моделируемых состояний дискретного случайного процесса и характеризуется высокой точностью работы, моделирует диффузионные процессы с равновероятными единичными приращениями в дискретные моменты времени 543.

Недостатком этого генератора является то, что он формирует случайные процессы только с равномерным распределением их мгновенных значений.

Цель изобретения — расширение области применения генератора путем формирования случайного процесса с заданным законом распределения без снижения точности работы.

Для достижения поставленной цели в генератор случайного процесса, содержащий первый генератор пуассоновского потока импульсов, реверсивный счетчик, выход которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого является выходом генератора, введены второй генератор пуассоновского потока импульсов, блок выравнивания интенсивностей пуанссоновских потоков импульсов, первый и второй преобразователи кодинтенсивность, первый и второй блоки памяти, при этом выходы первого и 4О второго генераторов пуассоновского потока импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами блока выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков импульсов, пер- 4 вый выход которого соединен с синхронизирующим входом первого и счетным входом второго преобразователей код— интенсйвность, второй выход блока выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков импульсов соединен со счетным входом первого и синхронизирующим входом второго преобразователей код - интенсивность, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого также соединен с адресными входами первого и второго блоков памяти, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих преобразователей код — интенсивность соответственно.

Кроме того, каждый преобразователь код - интенсивность содержит .элемент задержки, счетчик, стробированный дешифратор, группу элементов

И и элемент ИЛИ, выход которого является выходом преобразователя, при этом объединенные вход элемента задержки и управляющий вход стробированного дешифратора являются синхронизирующим входом преобразователя, а счетный вход счетчика является счетным входом преобразователя, выход элемента задержки соединен с входом

"Сброс" счетчика, выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов стробированного дешифратора, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которых образуют управляющий вход преобразователя, а выходы элементов И группы соединены с соответствующими входаля элемента ИЛИ.

В предложенном генераторе для формирования случайного процесса моделируется марковский процесс гибели и размножения с соответствующими заданному распределению наборами интенсивностей переходов "вправо" 1л,и, =О,й-1 и "влево" >»,, ri=f, и (см.

Рфиг. 3) . Управление интенсивностями потоков осуществляется с использованием двух линейных преобразователей код — интенсивность. Управляющие для них двоичных коды хранятся в двух блоках памяти и вызываются по адресу, определяемому текущим состоянием реверсивного счетчика.

Для расширения. спектра частот выходного случайного процесса и обеспечения высокой точности работы преобразователей код — интенсивность вместо равновероятностного двухполюсника, включающего высокочастотный: генератор, триггер и два элемента И и используемого в генераторе-прототипе, в предложенный генератор введен блок выравнивания интенсивностей двух пуассоновских потоков импульсов.

На фиг. 1 приведена структурная схема генератора случайного процес" са- на фиг. 2 — структурная схема. преобразователя код — интенсивность;

1111158 на фиг. 3 — граф состояний реверсивного счетчика.

Генератор случайного процесса содержит первый 1 и второй 2 генерато- ° ры пуассоновского потока импульсов, 5 блок 3 выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков импульсов, первый 4 и второй 5 преобразователи код — интенсивность, первый 6 и второй 7 блоки памяти, реверсивный счет- 10 чик 8 и цифро-аналоговый преобразователь 9.

Каждый преобразователь 4 (5) код— интенсивность содержит элемент 10 задержки, счетчик 11, стробированный дешифратор 12, группу 13 элементов

И и элемент 14 ИЛИ, Блок 3 выравнивания интенсивностей случайных потоков импульсов может быть .выполнен в виде логической схемы, реализующей следующий алгоритм: разделение каждого входного потока 3.„ Д на два потока с равными интенсивностями Э. -Эqg*34,3-11 Зм Эф .объединение(суммирование) новых ПЩ) полупотоков

«л, э.,— -кыч,t,Хц 7> =

3-143-2 (11 выонг а. г . 30

Пример конкретного выполнения блока

3 выравнивания приводится в Я .

Блоки б, 7 памяти представляют собой идентичные запоминающие устройства с пословной выборкой и одной ступенью дешифрации, для которых одна строка образует слово из m двоичных разрядов.

Стробированный дешифратор 12 мо40 жет быть выполнен в виде группы элементов И и дешифратора с потенциальными выходами, соединенными с первыми входами элементов И группы, вторые.входы элементов И группы объединены и являются управляющим входом

45 стробированного дешифратора.

Работа генератора состоит в слепующем.

С помощью блока 3 выравнивания пуяссоновские потоки импульсов генераторов 1 и 2, имеющие в общем случае разную интенсивность 3,,43. преобразуются в пуассоновские.потбки с равной интенсивностью (1) без нарушения их первоначальной взаимной независимости. Два потока импульсов равной интенсивности поступают на входы первого 4 и (в противоположном подключении) на входы Второго 5 преобразователей код — интенсивность.

Работа преобразователей 4, 5 кодинтенсивность основана на использовании инвариантных вероятностных свойств двух независимых пуассоновских пстоков равной интенсивности.

Суть этих свойств состоит в том, что вероятности Р появления

<=0, 1, 2... импульсов первого (второго) потока на интервалах между смежными импульсами второго (первого) потока не зависят от параметра

2, и определяются формулой

P =C i/2), Р =0,1,2, ° (2)

Эти свойства реализуются с помощью счетчика 11, стробированного дешифратора 12 и элемента 10 задержки.

Импульсы потока интенсивностью 3,, поступающего на первый вход преобразователя 4(5), рапределяются по выходам стробированного дешифратора 12 и образуют ю пересекающихся и независимых пуассоновеких потоков с интенсивностями (4—

Э,g =(1/2) Э, С =О, И1-1. (3)

Для этого импульсы потока интенсивностью 3, поступающего на второй вход преобразователя 4 (5), подсчитываются счетчиком 11. на случайных интервалах, определяемых смежными импульсами управляемого потока, поступающего на первый вход преобразователя 4(5).

В соответствии с.двоичным кодом /1

3„I,y„) на управляющем входе преобразователя 4(5) открыты только те элементы И группы 13, которым соответствуют разряды кода, содержащие единицы ае=1. На выходе элемента 14 ИЛИ образуется пуассоновский поток импульсов с интенсивностью 3 „ =О, а,а а;Ъ, линейно связанной с интенсивностью Ъ коэффициентом Х (Х ), представленным в виде двоичной правильной дроби О, а„,а,а,...,а„ .

Потоки импульсов интенсивностью

3< =Х„, 3. и ЭР„ =Х 3 с выходов первого и второго линейны:. преобразователей 4, 5 код — интенсивность воздей1 ствуют соответственно на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счет- чика 8, изменяя его текущее состояние.

С каждым новым текущим состоянием ) реверсивного счетчика 8 на выходах первого 6 и второго 7 блоков

111 1158

35

45 иены на элементной базе дискретной

/ у техники, что обеспечивает перспекти. цм =Х Х

Ьм-4 Иа Х, n-0,м-

И 4,Q-З памяти устанавливаются новые управляющие кодыд.значения которых равны кодам Х „ Х>, хранящимся в блоках

6, 7 памяти по адресу п=и ф . Таким образом, в предложенном генераторе моделируется марковский процесс и(1 ,:с конечным числом состояний п=О,N-1, (где N - емкость реверсивного счет-чика 8) и непрерывным временем. На фиг. 3 приведен граф состояний (значений) моделируемого случайного процесса, называемого процессом гибели и размножения.

Дпя настройки генератора на требуемый закон Р, и О,Ь1-1 необходимо решить известную систему уравнений

Ро+Р +Ра+ ° +Рм ! 1 относительно 3, и+ и 3+,+,q, В общем случае система (4), имеет бесчисленное множество решений, так как отношения "+" могут быть заданы при различньй абсолютных значениях интенсивностей переходов. Поэтому с целью обеспечения максимального быстродействия генератора целесообразен. следуюпщй алгоритм рассчета исходных данных. Из заданного множества

Р„, И О,М-1 выбираем максимальное

° (либо одно из максимальных) значе ние иА Щ=Ри, Присвоим интенсив. — I" ностям перехода в состояние n=M наибольшее значение 3. которое обеспечивают линейные преобразователи . 4, 5 код — интенсивность, Э ь1.1 (- м„,„-Ъ () Тогда интенсивности других переходов составят

Ри И-1iл 4нч, X p i 1 =0,Й-1 (6)

Из результатов расчета по форму.ле (6) составляются две строки интенсивностей переходов, значения которых выражены через р, с помощью двоичных управляющих копов Х и Х

Г К представленных в виде двоичных правильных дробей

1О

Значения кодов Х, Х заносятся соответственно в первый 6 и второй 7 блоки памяти по адресу и. При этом в первый 6 и второй 7 блоки памяти соответственно по адресам n=N-1 и и О необходимо занести нули, что с соответствует графу состояний реверсивного счетчика 8, приведенному на фиг.3.

Использование в предложенном генераторе двух линейных преобразователей код — интенсивность с методической ошибкой управления, равной нулю, обеспечивает высокую точность воспроизведения заданных законов распределения.

Преимуществом предложенного генератора в сравнении с генератором-прототипом является то, что при сохраненни простоты реализации и малом объеме электронного оборудования, он позволяет формировать случайные дискретные процессы с практически неограниченным числом N состояний и любым законом распределения. Использование в качестве блоков памяти посто" янных запоминающих устройств с электрическим перепрограммированием, на- . пример интегральных схем ПЗУ серии

519РЕ1, К558РР1, позволит использовать предложенный генератор в качестве датчика типовых распределений в течение длительного промежутка времени. Однако наиболее эффективно применение генератора совместно с управляющей ЭВМ с целью освобождения ЭВМ от достаточно трудоемкой программкой имитации случайных процессов.

Предложенный генератор обладает максимальным быстродействием по срав" нению с генераторами, в которых реализуются различные виды случайных испытаний, поскольку в схеме гибели и размножения наиболее рационально используется каждый импульс первичных случайных потоков.

Практически все элементы предложенного генератора могут быть выползу его использования в качестве специализированного модуля в современник ЭВМ.

1111158 ю 1

У Радляющмй каУ

ЛФ0

Составитель А. Карасов

Редактор О. Колесникова Техред И.Асталош Корректор М.Шароши

Заказ 6311/39 Тираж 698 Подпие ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4