CN103092565B

CN103092565B - 一种真随机信号产生方法

Info

Publication number: CN103092565B
Application number: CN201110336579.5A
Authority: CN
Inventors: 王璟南; 祝济之; 师培峰
Original assignee: BEIJING SPACE STAR TECHNOLOGY EQUIPMENT Co; TIANJIN AEROSPACE STAR NEW TECHNOLOGY EQUIPMENT CO LTD; China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Institute of Structure and Environment Engineering
Current assignee: BEIJING SPACE STAR TECHNOLOGY EQUIPMENT Co; TIANJIN AEROSPACE STAR NEW TECHNOLOGY EQUIPMENT CO LTD; China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Institute of Structure and Environment Engineering
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: CN103092565A

Abstract

本发明属于结构强度与环境可靠性试验技术领域，具体涉及一种真随机信号产生方法。本发明的方法包括以下步骤：参数设置；获取伪随机序列；通过时域随机化产生真随机信号。本发明的方法解决了现有真随机信号产生方法不能实现不同通道间真随机信号相干控制的技术问题。本发明的方法能够实现不同通道间真随机信号相干控制，产生的真随机信号符合正态分布，在包括结构强度与环境可靠性试验的众多技术领域，具有广阔应用前景。

Description

一种真随机信号产生方法

技术领域

本发明属于结构强度与环境可靠性试验技术领域，具体涉及一种真随机信号产生方法。

背景技术

真随机信号是指功率谱符合高斯分布的随机电压信号，广泛应用于各领域控制***及检定***中。现有技术中，上述控制***和检定***产生多通道的真随机信号，但各通道的真随机信号之间只能实现全独立或全相关，不能使通道间保持一定的相干和相位关系，即不能实现不同通道间真随机信号相干控制，而不能实现不同通道间相干控制的真随机信号，在结构强度与环境可靠性试验领域，应用范围十分有限。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是现有的真随机信号产生方法不能实现不同通道间真随机信号的相干控制。

本发明的技术方案如下所述：

一种真随机信号产生方法，包括以下步骤：

步骤(1)参数设置；

步骤(2)获取伪随机序列；

步骤(3)通过时域随机化产生真随机信号。

步骤(1)中通过控制计算机进行参数设置，需要设置的参数包括：频率范围、参考谱形、通道数目、通道间相干系数、通道间相干相位、频率谱线数及量级。

步骤(2)具体包括以下步骤：

步骤(2.1)通过下式将参考谱形、通道间相干系数及通道间相干相位转化成互谱矩阵：

\{\begin{matrix} CPM (l, k, j) = PSD (l, j) \times \frac{Δf}{2} \cdot \cdot \cdot (l = k) \\ CPM (l, k, j) = \sqrt{PSD {(i, j)}^{2} \times Coe (l, k, j) \times \frac{Δf}{2} \times (\cos (Phase (l, k, j)) + i * \sin (Phase (l, k, j)))} \cdot \cdot \cdot (l &NotEqual; k) \\ CPM (k, l, j) = conj (CPM (l, k, j)) \cdot \cdot \cdot (l = 1,2, \cdot \cdot \cdot, nGroupCount, k = l + 1, \cdot \cdot \cdot, nGroupCount) \end{matrix}

其中：

CPM表示互谱矩阵；

PSD表示参考谱形；

Δf表示频率谱线间隔，Δf＝频率范围/频率谱线数；

Coe表示通道间相干系数；

Phase表示通道间相干相位；

l＝1，2，……，nGroupCount，nGroupCount为通道数目；

k＝1，2，……，nGroupCount，nGroupCount为通道数目；

j＝1，2，3，……，nSL，nSL为频率谱线数，nSL优选为100，或200，或400，或800，或1600，或3200；

步骤(2.2)对互谱矩阵进行Cholesky分解，得到下三角矩阵L。

步骤(2.3)生成独立白噪声谱矩阵，其与下三角矩阵L相乘得到驱动谱矩阵。

步骤(2.4)对驱动谱矩阵进行IFFT变换，得到伪随机序列。

步骤(3)具体包括以下步骤：

步骤(3.1)随机生成一组位置随机数；

步骤(3.2)通过位置随机数取伪随机序列对应位置的数值及此位置后个位置的数值形成一组序列；

步骤(3.3)将对应同一位置随机数的一组序列进行加窗；

步骤(3.4)将对应不同位置随机数的不同组序列按一定比例进行搭接，得到真随机信号。

作为优选方案，步骤(3)还可以具体包括以下步骤：

步骤(3.1)随机生成一组位置随机数和一组反转随机数；

步骤(3.2)通过位置随机数取伪随机序列对应位置的数值及此位置后个位置的数值形成一组序列；将反转随机数与对应位置随机数的一组序列相乘，得到新的一组序列；

步骤(3.3)将对应同一位置随机数的新的一组序列进行加窗；

步骤(3.4)将对应不同位置随机数的不同组新的序列按一定比例进行搭接，得到真随机信号。

上述两种步骤(3)的操作中，步骤(3.3)中加窗类型可以为半正弦窗，或汉明窗，或海宁窗；搭接比例可以为50％

本发明的有益效果为：

本发明的真随机信号产生方法能够实现不同通道间真随机信号相干控制，产生的真随机信号符合正态分布，在包括结构强度与环境可靠性试验的众多技术领域，具有广阔应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的一种真随机信号产生方法进行详细说明。

实施例1

本实施例的真随机信号产生方法具体包括以下步骤：

步骤(1)参数设置

通过控制计算机进行参数设置，需要设置的参数包括：频率范围、参考谱形、通道数目、通道间相干系数、通道间相干相位、频率谱线数及量级。

步骤(2)获取伪随机序列

\{\begin{matrix} CPM (l, k, j) = PSD (l, j) \times \frac{Δf}{2} \cdot \cdot \cdot (l = k) \\ CPM (l, k, j) = \sqrt{PSD {(i, j)}^{2} \times Coe (l, k, j) \times \frac{Δf}{2} \times (\cos (Phase (l, k, j)) + i * \sin (Phase (l, k, j)))} \cdot \cdot \cdot (l &NotEqual; k) \\ CPM (k, l, j) = conj (CPM (l, k, j)) \cdot \cdot \cdot (l = 1,2, \cdot \cdot \cdot, nGroupCount, k = l + 1, \cdot \cdot \cdot, nGroupCount) \end{matrix}

其中：

CPM表示互谱矩阵；

PSD表示参考谱形；

Δf表示频率谱线间隔，Δf＝频率范围/频率谱线数；

Coe表示通道间相干系数；

Phase表示通道间相干相位；

l＝1，2，……，nGroupCount，nGroupCount为通道数目；

k＝1，2，……，nGroupCount，nGroupCount为通道数目；

j＝1，2，3，……，nSL，nSL为频率谱线数，可以为100、200、400、800、1600、3200。

步骤(2.2)对互谱矩阵进行Cholesky分解，得到下三角矩阵L。

步骤(2.4)对驱动谱矩阵进行IFFT变换，得到伪随机序列。

步骤(3)通过时域随机化产生真随机信号

步骤(3.1)随机生成一组位置随机数，随机生成位置随机数的方法为本领域技术人员公知常识，本实施例中通过TMS320C6713型DSP芯片实现。

步骤(3.2)通过位置随机数取伪随机序列对应位置的数值及此位置后个位置的数值形成一组序列。

步骤(3.3)将对应同一位置随机数的一组序列进行加窗，加窗类型可选，如半正弦窗、汉明窗、海宁窗等。

步骤(3.4)将对应不同位置随机数的不同组序列按一定比例进行搭接，得到真随机信号。优选搭接比例为50％。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：步骤(3)中采用以下操作通过时域随机化产生真随机信号：

步骤(3.1)随机生成一组位置随机数和一组反转随机数。

步骤(3.2)通过位置随机数取伪随机序列对应位置的数值及此位置后个位置的数值形成一组序列；将反转随机数与对应位置随机数的一组序列相乘，得到新的一组序列。

步骤(3.3)将对应同一位置随机数的新的一组序列进行加窗，加窗类型可选，如半正弦窗、汉明窗、海宁窗等。

步骤(3.4)将对应不同位置随机数的不同组新的序列按一定比例进行搭接，得到真随机信号。优选搭接比例为50％。

Claims

1.一种真随机信号产生方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)参数设置；

步骤(2)获取伪随机序列；

步骤(3)通过时域随机化产生真随机信号；

步骤(1)中通过控制计算机进行参数设置，需要设置的参数包括：频率范围、参考谱形、通道数目、通道间相干系数、通道间相干相位、频率谱线数及量级；

步骤(2)具体包括以下步骤：

\{\begin{matrix} C P M (l, k, j) = P S D (l, j) \times \frac{Δ f}{2} & (l = k) \\ C P M (l, k, j) = \sqrt{P S D {(l, j)}^{2} \times C o e (l, k, j) \times \frac{Δ f}{2} \times (\cos (P h a s e (l, k, j)) + i * \sin (P h a s e (l, k, j)))} & (l &NotEqual; k) \\ C P M (k, l, j) = c o n j (C P M (l, k, j)) & (l = 1, 2, ..., n G r o u p C o u n t, k = l + 1, ..., n G r o u p C o u n t) \end{matrix}

其中：

CPM表示互谱矩阵；

PSD表示参考谱形；

Δf表示频率谱线间隔，Δf＝频率范围/频率谱线数；

Coe表示通道间相干系数；

Phase表示通道间相干相位；

l＝1，2，……，nGroupCount，nGroupCount为通道数目；

k＝1，2，……，nGroupCount，nGroupCount为通道数目；

j＝1，2，3，……，nSL，nSL为频率谱线数；

步骤(2.2)对互谱矩阵进行Cholesky分解，得到下三角矩阵L；

步骤(2.3)生成独立白噪声谱矩阵，其与下三角矩阵L相乘得到驱动谱矩阵；

步骤(2.4)对驱动谱矩阵进行IFFT变换，得到伪随机序列。

2.根据权利要求1所述的真随机信号产生方法，其特征在于：

频率谱线数nSL为100，或200，或400，或800，或1600，或3200。

3.根据权利要求2所述的真随机信号产生方法，其特征在于：

步骤(3)具体包括以下步骤：

步骤(3.1)随机生成一组位置随机数；

步骤(3.3)将对应同一位置随机数的一组序列进行加窗；

4.根据权利要求2所述的真随机信号产生方法，其特征在于：

步骤(3)具体包括以下步骤：

步骤(3.1)随机生成一组位置随机数和一组反转随机数；

步骤(3.3)将对应同一位置随机数的新的一组序列进行加窗；

5.根据权利要求3或4所述的真随机信号产生方法，其特征在于：

步骤(3.3)中加窗类型为半正弦窗，或汉明窗，或海宁窗。

6.根据权利要求3或4所述的真随机信号产生方法，其特征在于：

步骤(3.4)中搭接比例为50％。