Генератор случайного процесса

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах имитационного моделирования, для проведения автоматизирова шых м брационных и/:и акустических испмганий Цель изобретения повышение точное и формирования случайного пр иессз с чз данной спектральной плотностью мощности . Генератор содержит блок 1 пампти, сумматор-вычитатель 2, регисгл 3, гегистр 4, цифроаналоговый преобразователь 5, счетчик 6, генератор 7 псевдос/.узйных чисел , блок 8 управления,регистр 9,генератор 10 псэвдослуча/ных чисел, сумматор 11 пэ модулю два, элемент НГ 12 И ,3. Поставленная цель дости1 aetc з-э гч(5т введения связей и блоков 1 з.1 . ф пы, 1 табл , 4 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 5ц5 G 06 F 7/58!

1 (), (Л () (Jl ) «4

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4486628/24 (22) 26.09.88 (46) 15,06.91. Бюл, N. 22 (71) Минский радиотехнический институт (72) А.А.Петровский (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 750466, кл. 6 06 F1/02,,1979.

Патент США N 4125898, кл. G 06 F 15/31, 1978. (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА (57} Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах имитационного моделирования, Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах имитационного моделирования, для проведения автоматизированных вибрационных или акустических испытаний.

Цель изобретения — повышение точно- . сти формирования случайного процесса с заданной спектральной плотностью мощности.

На фиг.1 приведена структурная схема генератора случайного процесса; на фиг.2— структурная схема блока управления; на фиг.3 — принцип формирования дискретных отсчетов входного сигнала И; на фиг.4— граф-схема алгоритма функционирования генератора.

Генератор случайного процесса содержит блок 1 памяти, сумматор-вычитатель 2, регистры 3 и 4, цифроаналоговый преобразователь 5, счетчик 6, генератор 7 псевдо-. случайных чисел, блок 8 управления, регистр 9, генератор 10 псевдослучайных

„„. Ы„„1656527 А1 для проведения автоматизирова IHblx вибрационных или акустических. испытаний.

Цель изобретения — повышение точности, формирования случайного процесса с заданной спектральной плотностью мощности,. Генератор содеожит блок 1 памяти, сумматор-вычитатель 2, регистр 3, регистр

4, цифроаналоговый преобразователь 5, счетчик 6, генератор 7 псевдосгучайных чисел, блок 8управления, регистр 9, генератор

10 псевдослучайных чисел, сумматор 11 по модулю два, элемент НЕ 12, элеменг И 13, Поставленная цель достигается за счет введения новых связей и блоков. 1 з.п, ф-лы, 1 табл., 4 ил. чисел. сумматор 11 по модулю два, элемент

НЕ 12 и элемент И 13.

Блок 8 управления содержит блок 14 памяти, мультиплексор 15, счетчик 16, регистр 17 микрокоманды, генератор 18 тактовых импульсов, элементы И 19, 20 и 21, элемент ИЛИ 22, дешифратор 23.

Функционирование генератора случайного процесса происходит в соответствии с алгоритмом, показанным на фиг.4, а микропрограмма работы блока 8 управления приведена в таблице.

В начале производится подготовка устройства к работе. В блок 1 памяти вводятся отсчеты С весовой функции. Емкость блока

1 равна (L - 1) i/2 — бит, где — количество точек весовой функции, i — разрядность весовых коэффициентов Сь

Работа генератора, происходит под управлением блока 8. Управление ведется при помощи последовательности управляющих сигналов, которые вырабатываются на соот1656527 ветствующих выходах блока 8 управления.

Так, сигнал, появляющийся на первом выходе блока 8, позволяет осуществлять считывание информации из блока 1 памяти, сигнал с второго выхода блока 8 позволяет осуществлять инкрементацию содержимого счетчика 6, сигнал с третьего выхода блока

8 управляет режимом работы сумматоравычитателя 2, сигнал с четвертого выхода блока 8 обнуляет регистр 4, запись информации в который осуществляется по сигналу с пятого выхода блока 8; сигнал с шестого выхода осуществляет запись в регистр 4, сигнал с седьмого выхода — синхронизацию работы генераторов 7 и 8. Сигнал с восьмого выхода блока 8 осуществляет обнуление счетчика 6, по сигналу с девятого выхода блока 8 осуществляется запись информации в регистр 9, по сигналу с десятого выхода— предварительная установка генераторов 7 и

10. При этом действия происходят в такой последовательности: обнуление счетчика 6, регистра 3, г- разрядный двоичный код с регистра 9, который случайно образовался при включении питания или остался от работы по предыдущей программе, переписывается в регистры генераторов 7 и 10 псевдослучайных чисел. При этом генератор 10 заносится в инверсном порядке. Далее осуществляется сдвиг в обоих генераторах и запись содержимого генератора 9 в регистр 9 (у11). При формировании очередного отсчета выходного сигнала согласно (см,фиг.3 а, б) по адресу счетчика 6; соответствующего месту положения центрального отсчета Co,â блоке 1 памяти считывается код С /2, который поступает на первый вход информационного сумматора

3, где осуществляется обработка согласно таблице и алгоритму, приведенному на фиг.4 (обрабатываются логические условия сигналов, поступающих с выходов элемента

HE 11 и элемента И 12). Далее осуществляется очередной сдвиг в генераторах 9 и 10, инкрементация счетчика 6 и проверка его содержимого на равенство (L - 1)/2 (конец ли вычислений, т.е, формирования текущего отсчета ук, если нет, то осуществляется второй такт суммирования).Так, после окончания второго такта суммирования в регистре формируется сумма

2 (Ос +О1)+ С1(Ui+1 — О! — 1).

Со

Причем входной сигнал И может принимать только два значения: "-1" или "+1", В реальном устройстве первому из них соответствует нулевой потенциал на выходе генератора псевдослучайных чисел, второмуединичный. В течение следующего третьего такта аналогичные операции проделываются уже над кодом коэффициента С2 и значениями входного сигнала Ui-ã и Онг.

Дальнейшая работа устройства происходит аналогично рассмотренному в течение всего периода формирования

На выходе генератора 7 псевдослучайных чисел последовательно появляются значения сигнала:

10 Ui, Ui+1,. „Он-и, Он-ь, а на выходе генератора 10 псевдослучайных чисел соответственно:

Ui, Ь-1,..., Он+1, Ui-i, В регистре 3 в это же время образуется

15 следующая сумма: — (. ui ) + c1(ui+ + ui <) + ...

+CI (Ui + L — 1 + Ui — L + 1 ) + CL (xi + L +

+Xi — L). (1)

Эта сумма и представляет собой код искомого значения выходного сигнала.

Как видно из фиг.3, характерным признаком генераторов 7 и 10 псевдослучайных чисел является то, что на их выходах формируются отсчеты одной и той же последовательности, расходящейся в разные стороны относительно некоторого центрального от20

25 счета. При этом регистр 9 необходим для запоминания содержимого генератора 7 на

30 (! + 1)-м такте работы, чтобы после (1 - 1)/2 сдвигов (после вычисления yi отсчета) начать работу с кода, хранящегося в регистре 9.

Далее определяется у+, а в регистре 9— содержимое генератора 7 на (i+ 2)-м такте и т.д. Таким образом, на регистре 9 последовательно запоминается центральный отсчет последовательности {Щ, относительно которого при вычислении yi+r (r = 1, 2...) будут расходиться последовательности, генери40 руемые генератором 7 и генератором 9.

Так, при вычислении унг (r = О, 1) центральным отсчетом становятся последовательно значения Ul, Ui+1 Ui+L.

Такой принцип построения генераторов псевдослучайных чисел гарантирует высокую надежность работы всего устройства.

Действительно, если в одном из генераторов во время работы происходит сбой, то это вызывает появление лишь одного ошибочного значения выходной последовательности yi. дальнейшая же работа будет протекать нормально.

На каждом периоде вычисления yi производится (L - 1)/2 сдвигов и в регистрах генераторов 7 и 10 псевдослучайных чисел, а в сумматоре 2 образуется сумма (1). Эта сумма, которая представляет собой значение уь переписывается в регистр 4, сменяя предыдущее значение уь1. Значение yi xpa1656527

20

45

55 нится в регистре 4 в течение всего периода дискретизации выходного сигнала,у. На выходе цифроаналогового преобразователя 5 в это время выдается аналоговая форма этого сигнала — j(t).

После вычисления у; центральным отсчетом становится Ui+>, а в регистре 9 хранится в это время код, соответствующий значению Ui+z. В процессе вычисления унт на выходах генераторов 7 и l0 псевдослучайных чисел последовательно появляются соответственно следующие значения:

Ь+, Ui+2,..., Ul+l Ь- +, Ui+>, U,..., Ь-i+2, Ul-L+1.

После этого производится вычисление у(+2 и Т.д.

Формула изобретения

1. Генератор случайного процесса, содержащий счетчик, блок памяти. выход которого соединен с первым информационным входом сумматора-вычитателя, выход которого соединен с информационным входом первого регистра, выход которого соединен с информационным входом второго регистра и подключен к второму информационному входу сумматора, выход второго регистра подключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом генератора, информационный выход счетчика соединен с адресным входом блока памяти, тактовый вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен со счетным входом счетчика, выход переполнения которого соединен с тактовым входом блока управления, третий выход которого соединен с входом задания режима сумматора-вычитателя, четвертый выход блока управления соединен с входом обнуления первого регистра, вход записи которого соединен с пятым выходом блока управления, шестой выход которого соединен с входом записи второго регистра, первый генератор псевдослучайных чисел, тактовый вход которбго соединен с седьмым выходом блока управления, восьмой выход которого подключен к входу обнуления счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности формирования случайного процесса с заданной спектральной плотностью мощности, в него введены третий регистр, второй генератор псевдослучайных чисел. сумматор по модулю два, элемент НЕ, элемент И, причем последний разрядный выход второго генератора псевдослучайных чисел соединен с первым входом сумматора по модулю два и элемента И, выход сумматора по модулю два через элемент НЕ соединен с первым входом задания режима блока управле- ния, второй вход задания режима которого соединен с выходом элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом сумматора по модулю два и подключен к последнему разрядному выходу первого генератора псевдослучайных чисел, разрядные выходы первого генератора псевдослучайных чисел соединены с одноименными информационными разрядными входами третьего регистра, вход записи которого соединен с девятым выходом блока управления, десятый выход которого соединен-" входами записи начального значения первого и второго генераторов псевдослучайных чисел, тактовый вход второго генератора псевдослучайных чисел соединен с седьмым выходом блока управления, разрядные выходы третьего регистра срединены с одноименными разрядны;",и входами и входами начальной установки первого генератора псевдослучайных чисел, а также с (k — l — 1) входами (где l = 1, k} начальной установки второго генератора псевдослучайных чисел, 2. Генератор по п.1, отл и ч а ю щи и с я тем, что блок управления содержит три,элемента И, элемент ИЛИ, регистр микрокоманд и дешифратор, причем выход перво: о элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора, первый информационный вход которого соединен с выходом счетчика, тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход мультиплексора соединен с входом установки счетчика и подключен к адресному входу блока памяти, вход синхронизаций которого соединен с входом записи регистра микрокоманд и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход блока памяти соединен с информационным входом регистра микрокоманд, выход поля адреса перехода которого соединен с вторым информационным входом мультиплексора, первый и второй выходы поля функции управления регистра микрокоманд соединены с одноименными входами дешифратора, первый выход которого соединен с вторым входом элемента

ИЛИ, второй выход дешифратора соединен с первым входом первого элемента И, третий выход дешифратора соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, первый и второй выходы поля микроопераций регистра микрокоманд являются соогветственно первым и вторым выходами блока, второй вход первого элемента И является тактовым входом блока, третий выход поля микроопераций регистра

1656527

Адрес AII

Поле микроопераци

))7111 римеч ание

У» Уз У,! Уу 4 Уу

1 О О О О 1 1 О О 1 О О О Приращение + 001

00I О

ХХХХ

0 О -111 О

О О

10 О О О О О О 1 О О

10 О О О О О О О О О

ХХХХ

0011

ХХХХ

+0!00 ХХХХ 10 1 1 О О О О О О О

10 О О О О О 1 О О О

О I Приращ.

Алгебр ел.;

ЛУ:Х,Х

01 Ol

ХХХХ

010

l О О О 1 О О О. 1 О О О О Приращение

ХХХХ

1 0001 Ol О О О О . О О О О О

О О NOP; Усл.пер по ЛУ Х

0111

О О Безусл. переход

О О О О О О О О О

1000 0100 11

О О 0 О О О О О 1 О О 1001 0001 11

Цикл формирования отсчета временной реализации случайного процесса

Переход к формированию нового отсчета случайного процесса микрокоманд является восьмым выходом блока, четвертый выход поля микроопераций регистра микрокоманд является четвертым выходом блока, пятый выход микроопераций регистра микрокоманд соединен с вторым входом второго элемента И, третий вход которого соединен с вторым входом третьего элемента И и является первым входом задания режима блока, выход второго элемента И является пятым выходом блоМикрокоманда ка, шестой, седьмой, восьмой и девятый выходы поля микроопераций явля!отся соответственно седьмым, десятым, шестым и девятым выходами блока, десятый выход

5 поля микроопераций регистра микрокоманд соединен с третьим входом третьего элемента И, четвертый вход которого является вторым входом задания режима блока, выход третьего элемента И является треть1О им выходом блока, 1656527

1656527

Составитель И. Столяров

Редактор Л. Веселовская Техред М.Моргентал Корректор М. Демчик

Заказ 2052 Тираж 399 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101