05.04.2020
220.018.1369

ЦИФРОВОЙ ИМИТАТОР СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области радиотехники и измерительной техники. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения последовательности псевдослучайных чисел с вероятностными свойствами. Технический результат достигается за счет цифрового имитатора случайных сигналов, который содержит генератор опорной частоты, блок памяти, цифроаналоговый преобразователь, генератор равновероятных псевдослучайных чисел, регистр сдвига, второй регистр сдвига, информационный вход которого подключен к выходу первого регистра, выход – ко второму адресному входу блока памяти, тактовый вход – к выходу генератора опорной частоты. 6 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к областям радиотехники и измерительной техники и может быть использовано для имитации сигналов и помех при тестировании аппаратуры радиосвязи и систем управления.

Известен цифровой генератор хаотического сигнала [1] на базе регистра сдвига и аналогового источника шума, формирующий «истинно случайный» цифровой сигнал с равновероятными отсчетами, в котором отсутствует возможность изменения статистических характеристик сигнала.

Известны цифровые генераторы [2] псевдослучайных двоичных последовательностей (например, М-последовательностей, последовательностей Гоулда, Кассами и др.), формируемых с помощью регистров сдвига с линейными или нелинейными обратными связями. Известен [3] датчик случайных чисел с равномерным распределением вероятностей, в котором используются записанные в блоке памяти случайные числа, которые «перемешиваются» с помощью двоичных счетчиков, улучшая качество совпадения формируемых чисел с теоретическим равномерным законом распределения вероятностей. Их недостатком является отсутствие возможностей формирования псевдослучайных чисел с различными законами распределения вероятностей.

Известен имитатор радиосигналов [4], содержащий генератор опорной частоты, блок памяти, устройство считывания данных, цифроаналоговый преобразователь. Устройство имитирует сигналы произвольного вида, представленные модельными файлами данных или цифровыми записями сигналов, которые предварительно записываются в блок памяти и считываются в процессе имитации. Его недостатком является ограниченность продолжительности воспроизводимой реализации, что особенно существенно при высокочастотном считывании данных.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является цифровой имитатор случайных сигналов, содержащий генератор опорной частоты, блок памяти, цифроаналоговый преобразователь, генератор равновероятных псевдослучайных чисел и регистр сдвига [5]. Имитатор формирует сигнал по его односвязной марковской модели (простой цепи Маркова) [6,7], полученной на основе двумерной плотности вероятностей имитируемого случайного процесса. Его недостатком является ограниченная возможность отображения сложных вероятностных свойств имитируемых сигналов из-за невозможности использовать двухсвязную марковскую модель на основе трехмерной плотности вероятностей.

Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение имитации случайных сигналов по их двухсвязной марковской модели на основе трехмерной плотности вероятностей.

Поставленная задача решается тем, что цифровой имитатор случайных сигналов, содержащий генератор опорной частоты, блок памяти, цифроаналоговый преобразователь, генератор равновероятных псевдослучайных чисел и первый регистр сдвига, дополнительно содержит второй регистр сдвига, информационный вход которого подключен к выходу первого регистра, выход – ко второму адресному входу блока памяти, тактовый вход – к выходу генератора опорной частоты. Тактовый вход генератора равновероятных псевдослучайных чисел соединен с выходом генератора опорной частоты, а его цифровой выход – с третьим адресным входом блока памяти, вход первого регистра соединен с выходом блока памяти, а его тактовый вход подключен к выходу генератора опорной частоты. Выход первого регистра соединен с первым адресным входом блока памяти и с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого образует аналоговый выход имитатора, а выход первого регистра образует цифровой выход имитатора.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 – графическое отображение трехмерных матриц совместных вероятностей моделируемых гауссовских случайных процессов с различными корреляционными матрицами, на фиг. 3 и фиг. 4 – их трехмерные диаграммы вероятностных характеристик двухсвязных марковских моделей, на фиг. 5 – результаты моделирования работы имитатора нормального случайного сигнала, на фиг. 6 – результаты оценки совместных вероятностей имитируемых сигналов по их реализациям.

Генератор опорной частоты (Г) 1 выдает тактовые импульсы (ТИ), по которым генератор псевдослучайных чисел (ГПСЧ) 2 формирует D-разрядные равновероятные двоичные коды , определяющие значения трехмерной функции распределения вероятностей марковской модели и задающие младшие разряды ячеек блока памяти 3, в которых записаны значения k следующего m-разрядного двоичного кода отсчета имитируемого сигнала при заданных значениях i и j кодов двух предшествующих отсчетов и кода U (величине ) от ГПСЧ 2. Выход блока памяти 3 соединен с входом первого регистра 4, в который по ТИ будет записан код k. Выход первого регистра 4 подключен к первому адресному входу (старшим m разрядам адреса) блока памяти 3, который определяет код j предшествующего отсчета и к входу второго регистра 6, в котором записан код i отсчета, предшествующего j. С выхода регистра 4 двоичные коды отсчетов j поступают на цифровой выход 7 имитатора и на вход цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 5, формируя аналоговый выходной сигнал 8 имитатора.

Устройство работает следующим образом.

Двухсвязная марковская модель [6, 7] имитируемого дискретного сигнала описывается трехмерной матрицей вероятностей перехода его значений от в момент времени и в момент времени к в момент времени , где n – номер текущего отсчета, , (m – число разрядов двоичного кода отсчета). Матрицу удобно представить в виде

,

где матрицы условных переходных вероятностей равны

.

На основе матрицы переходных вероятностей формируется матрица трехмерной функции распределения вероятностей

,

где матрицы условных функций распределения вероятностей имеют вид

, .

Для нормального случайного процесса , рассматриваемого в моменты времени , , , трехмерная плотность вероятностей имеет вид [8-10]

, (1)

где – среднее значение процесса, σ – его среднеквадратическое отклонение, – определитель нормированной корреляционной матрицы

, , (2)

– элементы матрицы, обратной корреляционной матрице (2),

Если выбирать шаг квантования по уровню и значения уровней квантования

то совместное распределение вероятностей значений , и запишется как

. (3)

Тогда для переходных вероятностей получим

.

Матрицы и удобно представлять графически в трехмерных координатах. Для рассмотренного нормального распределения вероятностей (1) при , и () трехмерные диаграммы в координатах на фиг. 2а и фиг. 3а показаны для различных корреляционных матриц (2). На фиг. 2б и фиг. 3б показаны их линии уровня, а на фиг. 2в и фиг. 3в – диаграммы функций . Как видно, изменение корреляционных матриц наглядно проявляются в двухсвязных марковских моделях.

Аналогичная марковская модель может быть построена по экспериментальной реализации сигнала достаточно большого объема.

Для оценки определяются числа переходов соседних отсчетов сигнала от двух предшествующих значений и к . Тогда при большом объеме выборки получим оценки совместных и переходных вероятностей, а также функции распределения вероятностей

, , .(4)

Для устранения возможной неопределенности оценок (4) к значениям целесообразно добавить константу, например, 1.

Величины с ростом k меняются в пределах от до . Они представляются двоичным D-разрядным кодом (от 00…0 до 11…1) с числом возможных значений , причем и . Здесь через V обозначен его десятичный эквивалент.

Для каждой пары предшествующих значений i и j отсчетов сигнала для всех возможных кодов находятся значения k следующего отсчета в соответствии с неравенством

.(5)

Полученные из (5) массивы значений k для всех V записываются в блок памяти 3 в виде страниц с адресами ячеек (младшие разряды адреса – третий адресный вход блока памяти 3). Страницы адресуются двоичным кодом (задает старшие разряды адреса – первый и второй адресные входы блока памяти 3).

Коды формируются ГПСЧ 2, который может быть реализован в виде шумового генератора [1], или, например, в виде генератора М-последовательности [2] на базе регистра сдвига.

Первый тактовый импульс формирует первый код и начальные состояния первого регистра 4 и второго регистра 6, которое может быть любым. Эти регистры определяют первый i и второй j отсчеты (m-разрядные двоичные коды) имитируемого сигнала. Содержимое регистров 4 и 6 задает страницу блока памяти 3 (старшие разряды адреса), а код выбирает ячейку памяти, содержащую следующий отсчет k имитируемого сигнала, в результате чего код k появляется на выходе блока памяти 3. Следующим тактовым импульсом код k записывается в регистр 4, становясь предшествующим отсчетом, код j из первого регистра 4 записывается во второй регистр 6, заменяя значение i, а следующим импульсом генератора Г 1 новый код ГПСЧ 2 выбирает следующий отсчет сигнала. Далее процедура повторяется, и отсчеты случайного сигнала выдаются на цифровой выход 7, а через ЦАП 5 – на аналоговый выход 8.

Разрядность m кода отсчетов сигнала целесообразно выбирать в интервале , а кода ГПСЧ – . В результате разрядность шины адреса блока памяти равна , то есть емкость блока памяти 4 составит не более Мбайт.

С целью проверки работоспособности и эффективности предложенного генератора было проведено моделирование его работы при формировании отсчетов случайного гауссовского сигнала с параметрами , , и различными корреляционными матрицами, показанными в левой части фиг. 2а и фиг. 2б. На этих же рисунках изображены трехмерные диаграммы совместного распределения вероятностей (3) в координатах и графики их линий уровня. На фиг. 3 и фиг. 4 показаны марковские модели рассматриваемых процессов: трехмерные диаграммы матриц переходных вероятностей , их линии уровня и трехмерные диаграммы функции распределения вероятностей . Как видно, изменение одного параметра корреляционной матрицы влияет на форму вероятностных характеристик.

На фиг. 5а и фиг. 5б приведены реализации моделируемых процессов, относящихся к моделям, представленным на фиг. 3 и фиг. 4 соответственно.

По реализациям имитируемых сигналов объемом отсчетов, полученным методом статистического имитационного моделирования, получены числа переходов и оценки их совместного распределения вероятностей . Соответствующие экспериментальные диаграммы показаны на фиг. 6. Как видно, они полностью совпадают с заданными теоретическими диаграммами, приведенными на фиг. 2.

Переход от трехмерного распределения вероятностей (1) рассматриваемых имитируемых процессов с различными корреляционными матрицами к двумерному распределению [8-10] приводит к одинаковым простым марковским моделям, которые не могут отобразить заданные в примерах сложные корреляционные свойства. Таким образом, рассматриваемый имитатор позволяет получать последовательности псевдослучайных чисел с вероятностными свойствами, которые не может отобразить прототип [5].

Библиография

1. Семенов А.А., Усанов Д.А. Цифровой генератор хаотического сигнала // Патент № 2472286, МПК H03B 29/00 от 10.01.2013; заявка № 2011134962/08 от 19.08.2011.

2. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. – М.: Радио и связь, 1985. – 384 с.

3. Ермаков В.Ф., Гудзовская В.А. Датчик случайных чисел с равномерным распределением // Патент № 2103725, МПК G06F 7/58 от 27.01.1998; заявка № 94042350/09 от 23.11.1994.

4. Проселков Л.С., Кравченко А.Н. Имитатор радиосигналов // Патент № 2207586, МПК G01S 7/02 от 27.06.2003; заявка № 2001102761/09 от 30.01.2001.

5. Глушков А.Н., Калинин М.Ю., Литвиненко В.П., Литвиненко Ю.В. Цифровой имитатор случайных сигналов // Патент № 2690780, МПК G06F 7/58, H03B 29/00, G01S 7/02 от 05.06.2019; заявка № 2018123052 от 25.06.2018.

6. Дынкин Е.Б. Марковские процессы. – М.: Физматлит, 1963. – 860 с.

7. Казаков В.А. Введение в теорию марковских процессов и некоторые радиотехнические задачи. – М.: Сов. Радио, 1973. – 232 с.

8. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. – М.: Наука, 1969. – 576 с.

9. Кендалл М., Стьюарт А. Статистические выводы и связи. – М.: Наука, 1973. – 900 с.

10. Де Грот М. Оптимальные статистические решения. – М.: Мир 1974. – 492 с.

Цифровой имитатор случайных сигналов, содержащий генератор опорной частоты, блок памяти, цифроаналоговый преобразователь, генератор равновероятных псевдослучайных чисел и первый регистр сдвига, отличающийся тем, что он дополнительно содержит второй регистр сдвига, информационный вход которого подключен к выходу первого регистра, выход – ко второму адресному входу блока памяти, а тактовый вход – к выходу генератора опорной частоты, тактовый вход генератора равновероятных псевдослучайных чисел соединен с выходом генератора опорной частоты, а его цифровой выход – с третьим адресным входом блока памяти, вход первого регистра соединен с выходом блока памяти, а его тактовый вход подключен к выходу генератора опорной частоты, выход первого регистра соединен с первым адресным входом блока памяти и с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого образует аналоговый выход имитатора, а выход первого регистра – цифровой выход имитатора.
ЦИФРОВОЙ ИМИТАТОР СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ
ЦИФРОВОЙ ИМИТАТОР СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ
ЦИФРОВОЙ ИМИТАТОР СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ
ЦИФРОВОЙ ИМИТАТОР СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ
ЦИФРОВОЙ ИМИТАТОР СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ
ЦИФРОВОЙ ИМИТАТОР СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ
ЦИФРОВОЙ ИМИТАТОР СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 173.
10.07.2015
№216.013.5b6a

Способ получения катализатора на основе ceo-snо на стеклотканном носителе

Изобретение относится к способу получения катализатора на основе CeO-SnО на стеклотканном носителе. Данный способ включает подготовку носителя путем термической обработки при 500°С, нанесение спиртового пленкообразующего раствора методом вытягивания со скоростью 100 мм/мин, сушку при 60°С 1 ч и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554943
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.08.2015
№216.013.68bf

Катализатор переработки этанола и способ получения ацетальдегида и водорода из этанола с использованием этого катализатора

Изобретение относится к катализатору получения ацетальдегида и водорода из этанола. Данный катализатор представляет собой мезопористый силикагель (S =100-300 м/г) с нанесенным на его поверхность серебром в количестве 1-8% от массы катализатора, находящимся в высокодисперсном (наноразмерном)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558368
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.09.2015
№216.013.777b

Способ подготовки культур сульфидогенных бактерий для выделения днк

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ подготовки культур сульфидогенных бактерий для выделения ДНК. В способе используют 15 мл культуральной жидкости. Центрифугируют культуральную жидкость при 1000 об/мин. Проводят трехкратную отмывку клеток фосфатно-солевым буфером в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562176
Дата охранного документа: 10.09.2015
27.10.2015
№216.013.88e2

Способ очистки донных отложений и воды от нефти и нефтепродуктов под ледовым покровом в водоемах

Способ включает размещение на водоеме источника сжатого воздуха и источника водовоздушной смеси, который подсоединен к водовоздушному шлангу, перед началом очистных мероприятий осуществляют гидроэкологическое обследование водоема по сетке станций, устанавливают направляющие каналы (основной и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566645
Дата охранного документа: 27.10.2015
10.11.2015
№216.013.8b72

Способ получения сложного алюмината кальция-магния

Изобретение относится к люминофорам и может быть использовано при производстве материалов для источников и преобразователей света. Готовят рабочий раствор, содержащий следующие компоненты, мас.%: тетрагидрат нитрата кальция - 1,30-1,33; гексагидрат нитрата магния - 1,41-1,44; нонагидрат нитрата...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567305
Дата охранного документа: 10.11.2015
10.11.2015
№216.013.8bad

Способ предпосевной обработки семян зерновых культур

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству, и может быть использовано для предпосевной обработки семян зерновых культур (пшеницы, ячменя, овса). Способ предпосевной подготовки семян зерновых культур включает обработку семян гликолурилом путем их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567364
Дата охранного документа: 10.11.2015
10.11.2015
№216.013.8d8d

Способ определения селена(iv)

Группа изобретений относится к области аналитической химии, а именно к методам определения селена(IV), и может быть использована при его определении в фармацевтических препаратах, биологически активных добавках, питьевых и минеральных водах. Способы определения селена(IV) с использованием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567844
Дата охранного документа: 10.11.2015
27.11.2015
№216.013.93a7

Способ зеленого черенкования плодовых и ягодных культур

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к садоводству. Способ включает размножение черенков годичного прироста длиной 15-20 см с 3-4 почками и двумя-тремя целыми листьями с последующей обработкой черенков перед посадкой. При этом черенки после оводнения в течение 1 часа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569418
Дата охранного документа: 27.11.2015
10.12.2015
№216.013.95d0

Способ увеличения семенной и сырьевой продуктивности посконника коноплевидного в условиях ex situ

Изобретение относится к области сельского хозяйства, селекции и семеноводства. Способ включает отбор молодых и средневозрастных генеративных особей в природных местах произрастания, изучение их морфобиологических особенностей, выявление вариабельности морфобиологических признаков и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569972
Дата охранного документа: 10.12.2015
10.12.2015
№216.013.97b8

Способ очистки донных отложений водоемов от нефти и нефтепродуктов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для очистки природных и искусственных водоемов, дно которых загрязнено нефтью и нефтепродуктами. Способ очистки донных водоемов от нефти и нефтепродуктов включает отделение нефти и нефтепродуктов от донных отложений, подъем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570460
Дата охранного документа: 10.12.2015
Показаны записи 1-10 из 19.
10.07.2014
№216.012.dbc5

Цифровой демодулятор сигналов с частотной модуляцией

Цифровой демодулятор сигналов с частотной модуляцией относится к области радиотехники и может быть использован в устройствах приема дискретной и аналоговой информации для цифровой демодуляции сигналов с частотной модуляцией или манипуляцией (ЧМ). Достигаемый технический результат - обеспечение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522039
Дата охранного документа: 10.07.2014
10.07.2015
№216.013.6137

Некогерентный цифровой демодулятор "в целом" кодированных сигналов с фазовой манипуляцией

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах приема цифровых информационных сигналов для цифровой демодуляции кодированных двоичных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМ). Технический результат заключается в обеспечении высокоскоростной цифровой демодуляции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556429
Дата охранного документа: 10.07.2015
12.01.2017
№217.015.5ced

Цифровое квадратурное устройство фазовой синхронизации и демодуляции

Изобретение относится к области радиотехники. Особенностью заявленного цифрового квадратурного устройства фазовой синхронизации и демодуляции является то, что оно дополнительно содержит каскадно соединенные перемножающее устройство, усредняющее устройство, генератор, управляемый напряжением, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591032
Дата охранного документа: 10.07.2016
26.08.2017
№217.015.ec10

Цифровой демодулятор сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах приема цифровых информационных сигналов для цифровой демодуляции многопозиционных сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией (КАМ). Достигаемый технический результат - обеспечение высокоскоростной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628427
Дата охранного документа: 16.08.2017
20.01.2018
№218.016.0ee7

Цифровой когерентный демодулятор сигналов с двоичной фазовой манипуляцией

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах приема цифровых информационных сигналов для когерентной цифровой демодуляции двоичных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМ). Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости при высокоскоростной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633183
Дата охранного документа: 11.10.2017
20.01.2018
№218.016.1310

Цифровой обнаружитель фазоманипулированных сигналов

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах обнаружения занятости и контроля канала связи с фазоманипулированными (ФМ) сигналами в многоканальных системах радиосвязи, при управлении радиоприемником и цифровыми модемами с ФМ сигналами, а также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634382
Дата охранного документа: 27.10.2017
10.05.2018
№218.016.3e50

Устройство для измерения временного положения и длительности видеоимпульса

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для измерения временного положения и длительности видеоимпульса в составе аппаратуры радиосвязи, радиолокации, мониторинга, систем автоматического контроля и управления. Устройство для измерения временного положения и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002648304
Дата охранного документа: 23.03.2018
10.05.2018
№218.016.43bc

Цифровой некогерентный демодулятор четырехпозиционных сигналов с относительной фазовой манипуляцией

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в устройствах приема цифровых информационных сигналов для цифровой некогерентной демодуляции четырехпозиционных сигналов с относительной фазовой манипуляцией (ОФМ4 или QPSK). Технический результат - обеспечение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649782
Дата охранного документа: 04.04.2018
09.06.2018
№218.016.5aa8

Устройство для измерения временного положения и длительности случайного импульсного сигнала

Устройство для измерения временного положения и длительности случайного импульсного сигнала относится к области радиотехники и может быть использовано для анализа импульсных сигналов в составе аппаратуры радиосвязи, радиолокации, систем автоматического контроля и управления. Устройство содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655465
Дата охранного документа: 28.05.2018
09.06.2018
№218.016.5f02

Цифровой когерентный демодулятор четырехпозиционного сигнала с фазовой манипуляцией

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в обеспечении высокоскоростной цифровой когерентной демодуляции сигналов с четырехпозиционной фазовой манипуляцией. Цифровой когерентный демодулятор четырехпозиционного сигнала с фазовой манипуляцией содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002656577
Дата охранного документа: 05.06.2018

Похожие РИД в системе

+ добавить свой РИД