Генератор случайных сигналов

 

Изобретение относится к области радиотехники и радиосвязи и может быть использовано для создания генераторов шума и помех в широком диапазоне частот. Генератор случайных сигналов содержит генератор синусоидальных колебаний, формирователь тактовых импульсов, генератор псевдослучайной последовательности, согласующий блок, три делителя частоты на два, пять сумматоров по модулю два, сумматор, полосовой фильтр, узкополосный фильтр и триггер Шмитта. Достигаемый технический результат - увеличение ширины спектра случайного сигнала и повышение равномерности в полосе частот. 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 (а. с. СССР 1501247, H 03 B 29/00, 1987 г.), генерирующее шум, содержащее последовательно 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 (в генераторе ПСП объединены элемент задержки, фазовращатель, сумматор, амплитудный детектор, пороговый элемент и триггер). Однако данное устройство имеет следующие недостатки: сложно в изготовлении, так как содержит аналоговые линию задержки, умножители частоты и фазовые манипуляторы, а также неравномерный спектр шума.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является генератор случайных сигналов (а.с. СССР 352362, Н 03 В 29/00, 1970 г.), взятый за прототип.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства-прототипа, где введены следующие обозначения: 1 - генератор синусоидального колебания; 2 - умножитель частоты; 3 - формирователь тактовых импульсов, состоящий из формирователя 4 и регулятора тактовых импульсов 5; 6 - генератор псевдослучайной последовательности; 7 - фазовый манипулятор; 8 - согласующий блок.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи.

Генератор случайных сигналов содержит последовательно соединенные генератор синусоидального колебания 1, умножитель частоты 2, формирователь тактовых импульсов 3, состоящий также из последовательно соединенных формирователя 4 и регулятора тактовых импульсов 5, выход которого через генератор случайной последовательности 6 присоединен к первому входу фазового манипулятора 7, первый вход которого соединен со вторым выходом генератора синусоидальных колебаний 1, а выход фазового манипулятора 7 через согласующий блок 8 присоединен к выходу устройства.

Генератор случайных сигналов работает следующим образом.

С выхода генератора синусоидального колебания 1 сигнал с частотой f поступает на вход умножителя частоты 2, который формирует сигнал частоты k f, поступающий на формирователь 4 и далее на регулятор тактовых импульсов 5, который позволяет изменять в определенных пределах длительность элементарного символа Т. Тактовые импульсы, снимаемые с выхода регулятора тактовых импульсов 5, поступают на вход генератора псевдослучайной последовательности 6. С выхода генератора 6 снимается псевдослучайная последовательность импульсов, которая в фазовом манипуляторе 7 используется для фазовой манипуляции синусоидального колебания на 0, 180^o. Таким образом, с выхода фазового манипулятора 7 снимается напряжение шума с полосой 1/Т. Однако данное устройство является сложным, так как содержит аналоговый фазовый манипулятор и умножитель частоты, а также имеет неравномерный и узкополосный спектр шума.

Для устранения указанных недостатков в устройство, содержащее генератор синусоидальных колебаний, формирователь тактовых импульсов, генератор псевдослучайной последовательности и согласующий блок, выход которого является выходом устройства, введены последовательно соединенные генератор синусоидальных колебаний, формирователь тактовых импульсов, первый, второй, третий делители частоты на два и генератор псевдослучайной последовательности, причем второй выход ФТИ присоединен к установочным входам первого, второго и третьего ДЧ и ко второму входу генератора ПСП, выход которого присоединен к первым входам второго, третьего, четвертого и пятого сумматоров по модулю два. При этом первый выход ФТИ соединен со вторым входом второго сумматора по модулю два, выход первого ДЧ соединен со вторым входом третьего сумматора по модулю два и с первым входом первого сумматора по модулю два, второй вход которого соединен с выходом второго ДЧ и со вторым входом четвертого сумматора по модулю два, второй вход пятого сумматора по модулю два соединен с выходом триггера Шмитта, вход которого через узкополосный фильтр присоединен к выходу первого сумматора по модулю два. Кроме того, выходы второго, третьего, четвертого и пятого сумматоров по модулю два соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого через полосовой фильтр присоединен ко входу согласующего блока.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения: 1 - генератор синусоидальных колебаний (ГСК); 2 - формирователь тактовых импульсов (ФТИ); 3,4 и 5 - первый, второй и третий делители частоты на два (ДЧ);
6 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП);
7 - первый сумматор по модулю два (СМД);
8 - узкополосный фильтр;
9 - триггер Шмитта (ТШ);
10,11,12 и 13 - второй, третий, четвертый и пятый сумматоры по модулю два (СМД);
14 - сумматор;
15 - полосовой фильтр (ПФ);
16 - согласующий блок (СБ).

Функциональные связи предлагаемого устройства состоят из последовательно соединенных генератора синусоидальных колебаний 1, формирователя тактовых импульсов 2, делителей частоты на два первого 3, второго 4, третьего 5 и генератора псевдослучайной последовательности 6, второй вход которого соединен со вторыми установочными входами делителей частоты на два первого 3, второго 4 и третьего 5 и со вторым выходом формирователя тактовых импульсов 2, а выход генератора псевдослучайной последовательности 6 присоединен к соединенным между собой первым входам второго 10, третьего 11, четвертого 12 и пятого 13 сумматоров по модулю два, при этом второй вход второго 10 СМД соединен с первым выходом ФТИ2, второй вход третьего 11 СМД соединен с выходом первого 3 ДЧ и с первым входом первого сумматора 7 СМД, второй вход которого соединен с выходом второго 4 ДЧ и со вторым входом четвертого 12 СМД; второй вход пятого 13 СМД соединен с выходом триггера Шмитта 9, вход которого через узкополосный фильтр 8 соединен с выходом первого сумматора по модулю 7; кроме того, выходы второго 10, третьего 11, четвертого 12 и пятого 13 сумматоров по модулю два присоединены к соответствующим входам сумматора 14, выход которого присоединен к последовательно соединенным полосовому фильтру 15 и согласующему блоку 16, выход которого является выходом устройства.

Предлагаемый генератор случайных сигналов работает следующим образом.

Синусоидальное колебание с частотой f, поступающее с генератора синусоидальных колебаний 1, преобразуется в формирователе тактовых импульсов 2 в меандр, который поступает на три последовательно соединенных первый 3, второй 4 и третий 5 делители частоты на два. На втором выходе формирователя тактовых импульсов 2 в момент включения питания устройства формируется импульс, который устанавливает первый 3 делитель частоты на два в единичное состояние, второй 4 - в нулевое, а генератор псевдослучайной последовательности 6 - в отличное от нулевого состояние. В первом сумматоре по модулю два 7 осуществляется суммирование по модулю два миандров с частотами 0,5 f и 0,25 f, а в узкополосном фильтре 8 выделяется гармонический сигнал с частотой 0,75 f, который преобразуется триггером Шмитта 9 в меандр. В результате этого на вторые входы второго 10, третьего 11, четвертого 12 и пятого 13 сумматоров по модулю два поступают последовательности импульсов с частотами соответственно равными f, 0,5 f, 0,25 f и 0,75 f, причем две первые из них имеют в начальный момент времени высокий логический уровень, а последние - низкий. Во втором 10, третьем 11, четвертом 12 и пятом 13 сумматорах по модулю два осуществляется сложение по модулю два указанных сигналов с псевдослучайной последовательностью, поступающей с генератора псевдослучайной последовательности 6, а также формирование линейчатых спектров (с разными средними частотами), которые, складываясь (по огибающей) в сумматоре 14, дают широкий спектр с малой неравномерностью в полосе частот примерно равной (на уровне 0,5) f. Полосовой фильтр 15 предназначен для фильтрации внеполосных спектральных составляющих.

В устройстве-прототипе амплитудный спектр сигнала на выходе дискретный и имеет огибающую типа sin(F) (см. Тузов Г.И. "Статистическая теория приема сложных сигналов", "Сов. радио", 1977 г., стр.64-65, рис.2.7), то есть имеет ширину спектра примерно равную 1/T (где Т - длительность импульса ПСП) и большую его неравномерность. В предлагаемом устройстве при той же ПСП ширина спектра в четыре раза больше, и он имеет большую прямоугольность. На фиг.2 для примера показан спектр такого сигнала, полученный с помощью быстрого преобразования Фурье для ПСП с малым периодом (для наглядности), равным 1,5, где по оси абсцисс отложена относительная частота.

Используемый в прототипе фазовый манипулятор аналогового сигнала практически не осуществим при частоте сигнала выше 100 МГц и частоте манипуляции, близкой к этой частоте. Сумматоры по модулю два, используемые в предлагаемом устройстве, могут работать до частот порядка 200-250 МГц.

Предложенное устройство является простым, и его применение позволяет увеличить ширину спектра случайного сигнала и повысить равномерность в полосе частот.

Формула изобретения

Генератор случайных сигналов, содержащий генератор синусоидальных колебаний, формирователь тактовых импульсов, генератор псевдослучайной последовательности и согласующий блок, выход которого является выходом устройства, отличающийся тем, что введены второй выход формирователя тактовых импульсов, последовательно соединенные первый, второй и третий делители частоты на два, причем выход третьего делителя частоты на два подключен ко входу генератора псевдослучайной последовательности, а также последовательно соединенные первый сумматор по модулю два, узкополосный фильтр и триггер Шмитта, второй - пятый сумматоры по модулю два и последовательно соединенные сумматор и полосовой фильтр, выход которого соединен с входом согласующего блока; причем выход генератора синусоидальных колебаний присоединен к входу формирователя тактовых импульсов, первый выход которого соединен с первым входом первого делителя частоты на два, а второй выход формирователя тактовых импульсов подключен к установочным входам первого, второго и третьего делителей частоты на два и к второму входу генератора псевдослучайной последовательности, выход которого соединен с первыми входами второго - пятого сумматоров по модулю два, выходы которых присоединены к соответствующим входам сумматора; выход первого делителя частоты на два подключен к первому входу первого сумматора по модулю два и к второму входу третьего сумматора по модулю два, а выход второго делителя частоты на два соединен со вторыми входами первого и четвертого сумматоров по модулю два; кроме того, первый выход формирователя тактовых импульсов подсоединен ко второму входу второго сумматора по модулю два, а выход триггера Шмитта соединен с вторым входом пятого сумматора по модулю два.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3