Генератор псевдослучайных узкополосных сигналов

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистические

Рвсяубяии (ц940157 (6I ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 31. 12. 80 (21) 3227807/18-24 (51) М. Кл .

С 06 F 7/S8 с присоединением заявки №

Веударстааншнб квинтет

СССР аа делам нзебретеннй н открытнй (23) Приоритет— (53) УДК681.325 (088.8) Опубликовано 30.06.82. Бюллетень № 24

Дата опубликования описания 30.06.82 (72) Автор изобретения

В. ф. Ким (7I ) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ УЗКОПОЛОСНЫХ

СИГНАЛОВ

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для различных устройств, где необходим синтез узкополосных случайных процессов.

Известен генератор случаиных сиг-. налов, содержащий генератор линейноизменяющегося напряжения, универсальный нелинейный преобразователь — политрон, два блока перемножения, два блока запоминания, счетчик, накапливающий сумматор, генератор гармонических сигналов, датчик нормальных случайных чисел (13.

Указанный генератор позволяет моделировать узкополосные процессы, . однако отличается повышенной сложностью, его применение нецелесообразно при решении задач более узкого класса. го.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор псевдослучайных узкополосных сигналов, содержащий арифмети2 ческое устройство, одной группой входов подключенное к датчику случайных чисел через блок переключателей, другой - к задающему регистру, а выходами — к входам сумматора, вторая группа входов которого подключена к выходам через формирующий регистр, синхронизирующий вход которого соединен с тактовым входом генератора и синхронизирующим входом триггера, Y и К входы которого подключены к выходу переноса старшего разряда сумматора, а выход — с выходом генератора через фильтр t.2). .Известный генератор характеризуется простотой схемного решения. Однако фильтр на выходе должен иметь частотную характеристику, равномерную в пределах ширины спектра и иметь большое затухание на частотах, соответствующих гармоникам сигнала. Если же ширина спектра сигнала и его центральная частота имеют соизмеримые значения, то для этого необходимо, 3 94015 чтобы фильтр на выходе имел высокий порядок, так как частотная характеристика его влияет на спектральные свойства сигнала, что может привести к существенному усложнению схемы генератора. Одновременно при изменении центральной частоты генератора требуется перестройка Фильтра, что затруднено при использовании фильтра высокого порядка. 1О

Цель изобретения - расширение диапазона генерируемых процессов при сохранении спектральных характеристик сигнала с выхода генератора.

Для достижения поставленной цели в генератор псевдослучайных узкополосных сигналов, содержащий первичный датчик псевдослучайных чисел, выход которого через коммутатор соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого регистра кода, а выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом второго регистра кода, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, введены преобразователь код-напряжение, циклический регистр сдвига и элемент НЕ, выход которого соединен с входом первого разряда циклического регистра сдвига, выход последнего разряда которого соединен с входом элемента НЕ, выход переноса старшего разряда второго сумматора соединен с

35 входом циклического регистра сдвига, синхронизирующий вход которого объединен с синхронизирующим входом второго регистра кода и является тактовым входом генератора, установочным вхою дом которого является установочный вход циклического регистра сдвига, все разрядные выходы которого, кроме выхода последнего разряда, соединены с соответствующими входами преобразо45 вателя код - напряжение, выход которого является выходом генератора.

На фиг. 1 показана структурная схе ма генератора; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие принцип его работы.

Генератор содержит первый сумматор 1 с двумя группами входов. Группа А входов родключена к первичному датчику 2 псевдослучайных чисел через коммутатор 3, группа В входовк первому регистру 4 кода. Выход первого сумматора 1 подключен к входам А второго сумматора 5. Входы В второго сумматора 5 подкпючены к

7 4 его выходам через второй регистр Ь кода, синхровод которого подключен к тактовому входу 7 генератора и синхровходу циклического регистра 8 сдвига. Стробирующий вход регистра 8 подключен к выходу переноса старшего разряда второго сумматора 5, установочный вход соединен с входом 9 установки нуля генератора, а информационный вход первого разряда - с N-м выходом регистра 8 через элемент

НЕ 10. Выходы N-1 регистра 8 подключены к цепочке последовательно соединенных регистров 111... 11((1. Начало и конец цепочки подключены к общему проводу через согласующие резисторы 121 и 12, через резисторы

t3<... 13ы .1, образуя при этом резистивную матрицу К-2R. Точка соединения резисторов 11((1 и 11 М цепочки подключена к выходу через выходной каскад 14. Элементы 11-14 образуют преобразователь 15 код - напряжение.

Генератор работает следующим образ< м.

Датчик 2 псевдослучайных чисел генерирует последовательность независимых (m+1) разрядных чисел с законом распределения вероятностей близким к равномерному, которая поступает на вход первого сумматора 1 через коммутатор 3, содержащи" m ключей, которыми осуществляется подключение разрядов случайных чисел. Причем нулевой разряд последовательности используется как знаковый (0 соответствует плюсу, а 1 - минусу числа) и поступает на вход первого сумматора 1 непосредственно. При этом на выходе коммутатора 3 имеем новую последовательность С(†), где п порядковый номер числа с выхода датчика 2 псевдослучайных чисел; F— частота сиены чисел. В первом сумматоре происходит операция алгебраического сложения потока -чисел G(†) с с числом Н, хранящемся в первом регистре 4 кода, образуя при этом новую смещенную последовательность

Я(-:) = Н+ Ч(--) C3(-) п п и

F F F где Vq-1 - знаковая функция последова(n1

Ь ) тельности, соответствующая нулевому разряду с выхода датчика 2 псевдослучайных чисел.

5 9401

Вновь сформированная числовая последовательность поступает на вход

В второго сумматора 5. В исходном состоянии второй регистр 6 кода обнулен и на выходе второго сумматора 5 5 имеем число 9.

В момент прихода импульса по входу 7 регистр 6 записывает состояние на его входе и на выходе сумматора 5 образуется удвоенное число 2 S, по следующему пульсу - 3 S и т. д. до тех пор, пока на выходе сумматора 5 число не превысит 2 -1, где m - число

tT1 основных разрядов сумматора. В этот момент на входах регистра 6 имеем число, равное kS-2п (S, где k - поряд ковый номер импульса с шины 8, а на, выходе переноса старшего m разряда и на стробирующем входе регистра 8— единицу. По следующему k + 1 импуль- 20 су первый разряд регистра 8 записывает инверсное состояние N-го разряда и на выходе сумматора 5 имеем число (k + 1)S-Z, а на выходе переноса разряда m — ноль, закрывающий синхро- 25 вход регистра 8. Регистр запоминает состояние до прихода следующей единицы по стробирующему входу, при котором состояние сдвигается на один разряд регистра 8.

После прохождения 2п импульсов по входу 7 на выходе переноса разряда

m проходит S единиц. Таким образом, если частота следования импульсов пс шине 7 равна fo, то частота следова- 35

1 ния импульсов на выходе переноса сумматора 5 равна

Н Ч вЂ” G— где Н определяет центральную частоту СЛЕдОВаиия ИМПуЛЬСОЕ f< = „, f0;

С(†) определяет абсолютное отклонейие частоты следования импульсов от цент45 ральной Ю,;

9 †) — знак отклонения частоты. ! л

С выхода переноса сумматора 5 импульсы поступают на стробирующий вход циклического регистра 8. Причем кольцо замыкается соединением инверсного

50 выхода N-го разряда региСтра 9 с входом первого разряда. По мере наступ- ления строб-импульсов на первом выходе регистра имеем сигнал формы меандр с частотой следования в 2 И раз ниже, чем частота на его входе (фиг. 2a), на втором выходе - аналогичный сигнал, но сдвинутый на один период так57 6 тирования (фиг. 26), на остальных аналогично.

Приняв за единицу напряжение равное U<, а эа ноль напряжение U0, то на входе выходного каскада значение напряжения в любой момент времени можно определить следующим соотношением, если величина резисторов 13 и

14 в два раза больше 12, где — порядковый номер разряда регистра 9

1, rlpH U„.. = Ui

К.

3 и упри U- ° = U0

Как видно из фиг. 1 весовое соотношение разряда будет тем меньше, чем разряд дальше отстоит от МЯ разряда.

Следовательно, по мере прохождения импульсов с триггера 8 на входе выходного каскада формируется сигнал, близкий к синусоидальному, аппроксимируемый последовательностью прямоугольных импульсов длительностью т различной амплитуды и частотой, равной (фиг. 2ъ) н чав()

F „1 я+1

Для получения удовлетворительных результатов наиболее оптимальным является выбор N равным 6 или 8, при этом сигнал в течение одного периода дискретизируется соответственно 12 и

16 раз, что удовлетворяет большинству практических случаев. Если необходимо интерполировать получившийся сигнал и сгладить скачки, то для этого может быть использован простейший фильтр второго порядка с широкой полосой пропускания, что существенно не повлияет на спектральные характеристики сигнала.

Таким образом, аппроксимируя выходной сигнал последова-.ельностью прямоугольных импульсов, ближайшие к основной частоте гармонические составляющие значительно уменьшаются и появляется возможность получать процессы с шириной спектра, соизмеримой с центральной частотой, используя при этом, если необходимо, простейший фильтр, что подтверждает расширение

7 94015 функциональных возможностей генератора.

Дополнительным преимуществом является уменьшение дискретности изменения частоты, т. е. S

fo to с

glYl Ng l7I+4 формула изобретения

Генератор псевдослучайных узкополосных сигналов, содержащий первичный датчик псевдослучайных чисел, выход которого через коммутатор соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого регистра кода, а выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом второго регистра кода, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазо7 8 на частот генерируемых процессов, он содержит преобразователь код — напряжение; циклический регистр сдвига и элемент НЕ, выход которого соединен с входом первого разряда циклического регистра сдвига, выход последнего разряда которого соединен с входом элемента НЕ, выход переноса старшего разряда второго сумматора соединен с входом циклического регистра сдвига, синхронизирующий вход которого объединен с синхронизирующим входом второго регистра кода и является установочный вход циклического регистра сдвига, все разрядные выходы которого, кроме выхода последнего разряда, соединены с соответствующими входами преобразователя код — напряжение, выход которого является выходом генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 507874, кл. С 06 Г 1/02, 1974.

2., Авторское свидетельство СССР по заявке N 2820488/18-24, 1980.

940157

° ° ° ° ° ° . ° ° ° 6 Ф ° ° ° ° ° ° ° ° 1 ° ° ° ° °

Заказ 4668/70

Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал Ilflll "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А. Карасов

Редактор С. Крупенина Техред Е.Харитончик Корректор И. Муска