МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИМИТАТОР СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ

Техническое решение относится к области аналоговых имитационных систем и может быть использовано при построении имитационных моделей систем, работающих в условиях возмущений, а также при моделировании, настройке и эксплуатации различных радиотехнических устройств и устройств автоматики.
Известен многоканальный имитатор случайных сигналов, содержащий источники случайного сигнала, аттенюаторы и сумматоры [1].
Данное устройство не позволяет генерировать случайные сигналы с заданными величиной и видом взаимокорреляционных связей между любой парой сигналов [1].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является многоканальный имитатор случайных сигналов, содержащий в каждом из N каналов источник шумового сигнала и последовательно соединенные сумматор, фильтр и регулируемый аттенюатор, а также дополнительные регулируемые аттенюаторы, причем в каждом канале выход источника шумового сигнала подключен к одному входу сумматора, а соответствующие дополнительно регулируемые аттенюаторы включены между выходом источника шумового сигнала каждого канала и соответствующим входом сумматора других каналов [2].
i
j
Недостатком прототипа являются узкие функциональные возможности, так как для любой пары генерируемых им случайных сигналов χ(t) и χ(t),  величина статистической связи между ними может быть установлена лишь для одинаковых моментов времени t=τ, и для произвольных моментов времени t≠τ заданную величину взаимной корреляции между произвольной парой сигналов установить невозможно. Другими словами прототип не позволяет генерировать случайные сигналы с заданными взаимокорреляционными функциями при произвольных значениях их аргументов.
Это существенно сужает область его прикладного применения, так как для повышения адекватности имитации большинства реальных случайных сигналов недостаточно смоделировать требуемые коэффициенты взаимной корреляции, но и необходимо добиться воспроизведения взаимосвязи этих сигналов на уровне взаимокорреляционных функций.
Техническим результатом, получаемым в данном техническом решении, является обеспечение возможности установки вида взаимокорреляционной функции между произвольной парой случайных сигналов.
Для достижения поставленной цели многоканальный имитатор случайных сигналов, содержащий в каждом из N каналов источник шумового сигнала, регулируемый аттенюатор, фильтр, сумматор, имеющий N входов, а также дополнительный регулируемый аттенюатор введен общий для всего устройства блок задания взаимокорреляционных функций, имеющий N(N-1)/2 выходов, причем в каждом из N каналов выход источника шумового сигнала через дополнительный регулируемый аттенюатор соединен с входом фильтра, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого через регулируемый аттенюатор соединен с выходом данного канала имитатора, а каждый из оставшихся N-1 выходов сумматора соединен с одним из оставшихся N-1 входом сумматоров других каналов таким образом, что произвольный из  входов любого сумматора соединен только с одним из N-1 входов любого другого сумматора, и всего в имитаторе образовано N(N-1)/2 соединений входов сумматоров, каждое из которых соединено с соответствующим выходом блока задания взаимокорреляционных функций.
Кроме того, блок задания взаимокорреляционных функций содержит N(N-1)/2 каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные источник шумового сигнала, регулируемый аттенюатор и фильтр взаимокорреляций, выход которого является соответствующим выходом блока задания взаимокорреляционных функций.
i
j
Введение новых признаков и связей между ними, отличающих заявленное решение от прототипа, в своей совокупности дает новое свойство (возможность устанавливать вид взаимокорреляционной функции между произвольной парой случайных сигналов) на равное сумме свойств отличительных признаков и/или прототипа. Вид взаимокорреляционной функции между произвольной парой случайных сигналов x(t) и x(t),  однозначно определяется видом взаимного спектра между этими сигналами, а последний с точностью до масштабного множителя может быть установлен путем выбора частотной характеристикой соответствующего фильтра взаимокорреляций, выход которого соединен с входами i-го и j-го  каналов формирования этих сигналов.
На фиг.  1 изображена блок схема имитатора; на фиг.  2 - схема блока задания корреляционных функций (для случая N=3).
Многоканальный имитатор содержит N каналов, каждый из которых состоит из источников шумового сигнала 1, регулируемого аттенюатора 2, фильтра 3, сумматора 4, регулируемого аттенюатора 5.
Блок задания взаимокорреляционных функций 6 содержит N(N-1)/2 каналов, каждый из которых состоит из источника шумового сигнала 7, регулируемого аттенюатора 8, фильтра взаимокорреляций 9.
Имитатор работает следующим образом.
Широкополосные сигналы с независимых источников шумовых сигналов 1 через регулируемые аттенюаторы 2, с помощью которых устанавливается интенсивность сигналов, и фильтры 3, служащие для предварительной установки энергетического спектра моделируемых сигналов в характерных частотных диапазонах, поступают на первые входы сумматоров 4.
ij
i
j
Одновременно в блоке задания взаимокорреляционных функций 6 в каждом из каналов широкополосные сигналы с независимых источников шумовых сигналов 7 через регулируемые аттенюаторы 8, позволяющие устанавливать их интенсивности, поступают на входы фильтров взаимокорреляции 9. Частотная характеристика каждого фильтра 9 подбирается такой, чтобы его выходной сигнал имел спектральную плотность мощности по форме, совпадающей с требуемым взаимным спектром S(ω) между соответствующей парой имитируемых сигналов x(t)ux(t) , поскольку имеется N(N-1)/12 всяких пар имитируемых сигналов, то блок 9 имеет N(N-1)/2 каналов.
ij
ij
i
j
ij
Сигнал с выхода фильтра 9, имеющий спектральную плотность мощности S(ω) поступает на входы сумматоров i-го и j-го каналов. На выходе i-го канала имитатора образуется случайный сигнал, представляющий собой результат сложения N независимых сигналов. Аналогичную структуру имеет выходной сигнал j-го канала. Аддитивные составляющие выходных сигналов i-го и j-го каналов взаимонезависимы, за исключением общего для них сигнала со спектральной плотностью мощности S(ω). Поэтому взаимная спектральная функция произвольной пары выходных случайных сигналов x(t)ux(t)  равна требуемой функции S(ω), установленной в блоке 9. Взаимокорреляционная функция любой пары сигналов однозначно определяется через взаимную спектральную функцию соотношением Винера-Хинчина [3, стр.  147].
Соотношение коэффициентов передач аттенюаторов 2 и 8 при фиксированных частотных характеристиках фильтров 3, 9 однозначно определяет величину нормированной корреляционной связи произвольной пары выходных сигналов имитаторов. Регулируемый аттенюатор 5 позволяет устанавливать заданные интенсивности выходных случайных сигналов без изменения их взаимокорреляционных связей.
Таким образом, введение новых признаков позволяет генерировать случайные сигналы с требуемыми взаимокорреляционными функциями.
Технико-экономический эффект от использования технического решения определяется расширением класса моделируемых случайных сигналов и повышением точности статистического моделирования.
Литература
1. Авторское свидетельство СССР № 760402, кл. H03B 29/00, 1974.
2. Авторское свидетельство СССР № 1224950, кл. H0ЗB 29/00, 1986 Бюл. № 14, (прототип).
3. Горяйнов В.Т. и др. Статистическая радиотехника: Примеры и задачи. Под ред. В.И. Тихонова. М: Сов. радио, 1980.