Генератор случайных сигналов

 

Изобретение относится к области радиотехники и радиосвязи и может быть использовано для создания генераторов шума и помех в широком диапазоне частот. Достигаемый технический результат - расширение спектра случайного сигнала и повышение его равномерности. Генератор случайных сигналов содержит генератор синусоидального колебания, формирователь тактовых импульсов, три делителя частоты, генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), шесть сумматоров по модулю два, два полосовых фильтра, триггер Шмитта, пять аттенюаторов, линейный сумматор и согласующий блок. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и радиосвязи и может быть использовано для создания генераторов шума и помех в широком диапазоне частот.

Известно устройство, генерирующее шум, содержащее последовально соединенные генератор несущей частоты, первый умножитель частоты, формирователь тактовых импульсов, генератор ПСП, первый фазовый манипулятор и согласующее устройство, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные второй умножитель частоты и второй фазовый манипулятор (здесь в генераторе ПСП объединены элемент задержки, фазовращатель, сумматор, амплитудный детектор, пороговый элемент и триггер). Однако такое устройство является сложным, так как содержит аналоговые линию задержки, умножители частоты и фазовые манипуляторы и имеет неравномерный и узкополосный спектр шума [1].

Наиболее близким к предлагаемому является генератор случайных сигналов [2].

Блок-схема устройства представлена на фиг.1.

Генератор случайных сигналов содержит генератор 1 синусоидального колебания, умножитель 2 частоты, формирователь 3 тактовых импульсов, состоящий из формирователя 4 и регулятора 5 тактовых импульсов, генератор 6 псевдослучайной последовательности (состоящий из триггеров и сумматора), фазовый манипулятор 7 и согласующее устройство.

Однако данное устройство является сложным, так как содержит аналоговые фазовый манипулятор и умножитель частоты, и имеет неравномерный и узкополосный спектр шума.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение спектра случайного сигнала и повышение его равномерности.

Для этого в генератор случайных сигналов, содержащий генератор синусоидального колебания, формирователь тактовых импульсов, генератор псевдослучайной последовательности (ПСП) и согласующий блок, введены последовательно соединенные первый, второй и третий делители частоты, последовательно соединенные первый сумматор по модулю два, первый полосовой фильтр и триггер Шмитта, а также второй, третий, четвертый, пятый и шестой сумматоры по модулю два; первый, второй, третий, четвертый и пятый аттенюаторы, последовательно соединенные линейный сумматор, второй полосовой фильтр и согласующий блок, выход которого является выходом генератора случайных сигналов. При этом выход генератора ПСП соединен с первыми входами второго, третьего, четвертого, пятого и шестого сумматоров по модулю два, вторые входы которых соединены с первым выходом формирователя тактовых импульсов, второй выход которого соединен с установочными входами первого, второго и третьего делителей частоты. Кроме того, первый вход первого и третий вход третьего сумматоров по модулю два соединены с выходом первого делителя частоты, третий вход четвертого сумматора по модулю два соединен с выходом второго делителя частоты, а второй вход первого и третий вход пятого сумматоров по модулю два соединены с выходом третьего делителя частоты. Выход триггера Шмитта соединен с третьим входом второго сумматора по модулю два. Выходы второго, третьего, четвертого, пятого и шестого сумматоров по модулю два соединены по одному с входами первого, второго, третьего, четвертого и пятого аттенюаторов, выходы которых соединены с соответствующими входами линейного сумматора.

Функциональная схема предлагаемого генератора случайных сигналов представлена на фиг.2, где обозначено: 1 - генератор синусоидального колебания (ГСК); 2 - формирователь тактовых импульсов (ФТИ); 3, 4, 5 - первый, второй и третий делитель частоты; 6 - генератор псевдослучайной последовательности (ПСП); 7, 10, 11, 12, 13, 14 - первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой сумматор по модулю два; 8, 21 - первый и второй полосовой фильтр (ПФ); 9 - триггер Шмитта; 15, 16, 17, 18, 19 - первый, второй, третий, четвертый и пятый аттенюаторы; 20 - линейный сумматор;
22 - согласующий блок.

Предлагаемый генератор случайных сигналов содержит последовательно соединенные генератор синусоидального колебания 1, формирователь тактовых импульсов 2, первый 3, второй 4, третий 5 делители частоты и генератор ПСП 6, а также последовательно соединенные первый сумматор по модулю два 7, первый ПФ 8 и триггер Шмитта 9, кроме того, второй 10, третий 11, четвертый 12, пятый 13 и шестой 14 сумматоры по модулю два, выходы которых соединены по одному соответственно с входами первого 15, второго 16, третьего 17, четвертого 18 и пятого 19 аттенюаторов, выходы которых соединены с соответствующими входами линейного сумматора 20, выход которого через второй полосовой фильтр 21 соединен с входом согласующего блока 22, выход которого является входом генератора случайных сигналов. При этом второй выход формирователя тактовых импульсов 2 соединен с установочными входами первого 3, второго 4 и третьего 5 делителей частоты. Выход генератора ПСП 6 соединен с первыми входами второго 10, третьего 11, четвертого 12, пятого 13 и шестого 14 сумматоров по модулю два, вторые входы которых соединены с первым выходом формирователя тактовых импульсов 2. Выход триггера Шмитта соединен с третьим входом второго сумматора по модулю 10. Выход первого делителя частоты 3 соединен с первым входом первого сумматора по модулю два 7, и третьим входом третьего сумматора по модулю два 11. Третий вход четвертого сумматора по модулю два 12 соединен с выходом второго делителя частоты 4, а выход третьего делителя частоты 5 соединен со вторым входом первого 7 и третьим входом пятого 13 сумматоров по модулю два.

Генератор случайных сигналов работает следующим образом. Синусоидальное колебание с частотой f, поступающее с генератора 1, преобразуется в блоке 2 в меандр той же частоты, который с его первого выхода поступает на три последовательно соединенные делителя 3, 4, 5, в первом из которых осуществляется деление частоты f в n (n=2, 3...) раз, а блоки 4 и 5 являются делителями частоты на два. На втором выходе блока 2 в момент включения питания устройства формируется сигнал, который устанавливает делитель 5 в нулевое состояние, а делители 3 и 4 - в противоположное состояние. В сумматоре 7 осуществляется сложение по модулю два меандров с частотами 0,5f/n и 0,25f/n, а в фильтре ПФ 8 из полученного сигнала выделяется гармонический сигнал с частотой 0,75f/n и определенной фазой, который преобразуется триггером 9 в меандр. В результате на третьи входы сумматоров 10-13 поступают последовательности импульсов с частотами соответственно равными 0,75f/n, f/n, 0,5f/n и 0,25f/n, причем первая и третья из них имеют в начальный момент времени высокий логический уровень, а остальные - низкий. В этих сумматорах осуществляется в первую очередь сложение по модулю два указанных сигналов с ПСП, поступающей с генератора 6 ПСП, и формирование сигналов с линейчатым спектром (на разных средних частотах, указанных выше), которые, складываясь по модулю два с последовательностью импульсов, действующей на первом выходе блока 2 с частотой f, позволяют получить линейчатые спектры нижней и верхней боковых полос относительно этой частоты f, отстоящие от нее на величину соответствующей средней частоте. В блоке 14 формируется линейчатый спектр со средней частотой f. Сложение всех полученных спектров в линейном сумматоре 20 позволяет получить широкополосный случайный сигнал с шириной спектра (на уровне 0,5), примерно равной 9f/4n. Аттенюаторы 15-19 предназначены для коррекции амплитудного спектра сигнала и позволяют обеспечить его неравномерность в полосе, равной 3-5 дБ. В полосовом фильтре 21 осуществляется подавление побочных составляющих спектра.

Таким образом предложенное устройство позволяет увеличить ширину спектра случайного сигнала и повысить равномерность его в полосе частот.

В устройстве-прототипе амплитудный спектр сигнала на выходе дискретный и имеет огибающую типа sinc (F) (см. например, Г.И. Тузов. Статистическая теория приема сложных сигналов. - М.: Сов. радио, 1977, с.64-65 и рис.2.7), то есть имеет ширину спектра примерно равную 1/Т (где Т - длительность импульса ПСП) и большую его неравномерность. В предлагаемом устройстве при той же ПСП ширина спектра в девять раз больше и он имеет большую прямоугольность. На фиг. 3 для примера показан спектр такого сигнала при n=2, полученный с помощью быстрого преобразования Фурье для ПСП с малым периодом (для наглядности), равным 15, где по оси абсцисс отложена относительная частота.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1501247, кл. Н 03 В 29/00, 11.05.87.

2. Авторское свидетельство СССР 352362, кл. Н 03 В 29/00, 17.08.70.

Формула изобретения

Генератор случайных сигналов, содержащий последовательно соединенные генератор синусоидального колебания и формирователь тактовых импульсов, а также генератор псевдослучайной последовательности (ПСП) и согласующий блок, отличающийся тем, что введены последовательно соединенные первый, второй и третий делители частоты, последовательно соединенные первый сумматор по модулю два, первый полосовой фильтр и триггер Шмитта, а также второй - шестой сумматоры по модулю два, выходы которых соединены по одному соответственно с входами первого - пятого аттенюаторов, выходы которых подсоединены к соответствующим входам линейного сумматора, выход которого через второй полосовой фильтр соединен с входом согласующего блока, выход которого является выходом генератора случайных сигналов, при этом выход генератора ПСП соединен с первыми входами второго - шестого сумматоров по модулю два, вторые входы которых соединены с первым выходом формирователя тактовых импульсов, второй выход которого соединен с установочными входами первого, второго и третьего делителей частоты, кроме того, первый вход первого и третий вход третьего сумматоров по модулю два соединены с выходом первого делителя частоты, третий вход четвертого сумматора по модулю два - с выходом второго делителя частоты, а второй вход первого и третий вход пятого сумматоров по модулю два соединены с выходом третьего делителя частоты, причем выход триггера Шмитта соединен с третьим входом второго сумматора по модулю два, при этом третий делитель частоты и генератор ПСП соединены последовательно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3