×
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 21-30 из 173.
10.05.2016
№216.015.3c12

Улучшенный способ аэрации водоемов

Изобретение относится к способам аэрации водоемов в морозный период. Способ включает нагнетание атмосферного воздуха под лед, вывешивание части ледового покрытия на расстоянии 5-20 см от водной поверхности путем откачивания воды из водоема на берег или сброса части воды через водопропускное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583458
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2016
№216.015.3cbf

Способ получения нанокомпозита с двойным эффектом памяти формы на основе монокристаллов ферромагнитного сплава nifegaco

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термомеханической обработке монокристаллов ферромагнитных сплавов Ni-Fe-Ga-Co. Способ получения нанокомпозита с двойным эффектом памяти формы на основе монокристаллов ферромагнитного сплава NiFeGaCo включает отжиг...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583560
Дата охранного документа: 10.05.2016
27.05.2016
№216.015.42a7

Средство, стимулирующее нейрогенез при ишемических повреждениях головного мозга

Изобретение относится к медицине, а именно к фармакологии, и касается стимуляции нейрогенеза при ишемических повреждениях головного мозга. Для этого вводят п-тирозол в эффективном количестве. Это обеспечивает стимуляцию нейрогенеза и восстановление исходного уровня нейронов в гиппокампе в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585094
Дата охранного документа: 27.05.2016
10.06.2016
№216.015.46ef

Полупроводниковый детектор с внутренним усилением на основе полуизолирующего арсенида галлия и способ его изготовления

Изобретение относится к радиографии, в частности к системам цифрового изображения в рентгеновских и гамма-лучах с помощью многоканальных полупроводниковых детекторов на основе полуизолирующего арсенида галлия. Предложенные конструкция и способ ее изготовления позволяют реализовать принцип...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586081
Дата охранного документа: 10.06.2016
20.08.2016
№216.015.4b06

Способ зажигания твердого химически активного топлива в жидкой среде

Изобретение относится к средствам механизации при проведении подводно-технических, аварийно-спасательных и судоподъемных работ с использованием топливного газогенератора. Способ зажигания твердого химически активного топлива (ТХАТ) в жидкой среде включает использование нагревательного элемента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594935
Дата охранного документа: 20.08.2016
10.08.2016
№216.015.53a6

Способ получения мезопористого композитного сорбента

Изобретение относится к получению сорбентов, используемых для разделения органических веществ методом газовой хроматографии. Способ включает формирование на поверхности пористого носителя слоя мезопористого оксида кремния. Упомянутый слой получают путем растворения гексадецилтриметиламмония...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593768
Дата охранного документа: 10.08.2016
12.01.2017
№217.015.5f04

Способ получения каллусной культуры болиголова пятнистого (conium maculatum l)

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ получения каллусной культуры болиголова пятнистого (Conium maculatum L), включающий в себя посадку семян в стерильный грунт, выращивание интактных растений в течение 1-2 месяцев с интенсивностью освещения 150...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590586
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.70a9

Полупроводниковый излучатель ик-диапазона

Изобретение относится к полупроводниковым источникам электромагнитного излучения, в частности к импульсным излучателям ИК-диапазона, и предназначено для использования в оптоэлектронных системах различного назначения. В S-диоде, содержащем π-ν-n структуру на основе арсенида галлия,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596773
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.7107

Сорбент для очистки сточных вод от соединений хрома(vi)

Изобретение относится к разработке состава сорбента, используемого для сорбции соединений хрома(VI). Сорбент для очистки сточных вод от соединений хрома(VI) представляет собой смесь оксидов церия(IV) и олова(IV). Изобретение позволяет увеличить сорбционную емкость и скорость сорбции дихромат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596744
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.711a

Способ культивирования бактерий рода pseudomonas

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при производстве биотехнологических продуктов в экологической и сельскохозяйственной биотехнологии. Способ культивирования бактерий рода Pseudomonas предусматривает приготовление жидкой питательной среды, содержащей пептон,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596405
Дата охранного документа: 10.09.2016
Показаны записи 21-24 из 24.
15.05.2023
№223.018.59c6

Цифровой некогерентный демодулятор сигналов с амплитудно-четырехпозиционной фазовой манипуляцией

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в цифровых устройствах приема информационных сигналов с комбинированной амплитудной и относительной фазовой четырехпозиционной манипуляцией. Техническим результатом изобретения является повышение скорости передачи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002761521
Дата охранного документа: 09.12.2021
15.05.2023
№223.018.59c7

Цифровой некогерентный демодулятор сигналов с амплитудно-четырехпозиционной фазовой манипуляцией

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в цифровых устройствах приема информационных сигналов с комбинированной амплитудной и относительной фазовой четырехпозиционной манипуляцией. Техническим результатом изобретения является повышение скорости передачи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002761521
Дата охранного документа: 09.12.2021
16.05.2023
№223.018.5fc1

Цифровой измеритель параметров случайных процессов с распределением накагами

Изобретение относится к областям радиотехники и измерительной техники и может быть использовано в устройствах измерения параметров случайных сигналов с распределением вероятностей Накагами для оценки характеристик канала связи при наличии замираний и управления системой передачи информации....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002742695
Дата охранного документа: 09.02.2021
16.05.2023
№223.018.6142

Цифровой измеритель коэффициента корреляции случайного сигнала

Изобретение относится к областям радиотехники и измерительной техники и может быть использовано в устройствах измерения коэффициента корреляции случайного сигнала в устройствах оценки параметров случайного сигнала аппаратуры управления и передачи информации. Технический результат заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002747725
Дата охранного документа: 13.05.2021
+ добавить свой РИД