Россияне разработали алгоритм, повышающий стабильность связи и навигации

Российские ученые создали алгоритм, который позволит повысить стабильность работы устройств связи и навигации при использовании систем фазовой автоподстройки частоты. Эти системы синхронизируют параметры сигналов самого устройства и принимаемых извне, например, между мобильным телефоном и роутером. Такие комплексы активно используются в спутниковой навигации и в устройствах беспроводной связи.

Новая технология
Новая российская разработка улучшит качество связи и навигации, об этом CNews сообщили представители Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ).

Ученые-математики из СПбГУ разработали алгоритм, повышающий надежность работы устройств связи и навигации, использующих системы фазовой автоподстройки частоты. Такие системы обеспечивают синхронизацию сигналов устройства с внешними сигналами, например, между смартфоном и роутером. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в научном журнале IEEE Access. Авторы работы — Николай Кузнецов и Михаил Лобачев.

В 2025 г. эти системы широко применяются в спутниковой навигации и беспроводной связи. Из-за особенностей устройств и внешних помех могут возникать нестабильные колебания. Система фазовой автоподстройки частоты выявляет различия между сигналами и минимизирует их, что повышает качество связи и снижает уровень шумов.
Текущие методы и системы фазовой автоподстройки частоты имеют недостатки, приводящие к ошибкам и ограничениям в применении. Например, существует диапазон удержания, за пределами которого синхронизация теряется. Также есть диапазон захвата — спектр частот, обеспечивающий гарантированную синхронизацию при любых начальных условиях. Его вычисление сложное, и ранее применялись методы приближенных измерений, которые не всегда обеспечивали необходимую точность и стабильность.

Математический алгоритм
Российские математики изучили одну из самых распространенных систем фазовой автоподстройки частоты и предложили способ упрощения расчета диапазона захвата с повышением точности. Для этого они применили метод замены переменных, который позволил упростить форму уравнений.

«Мы предложили комплексный подход, сочетающий качественный анализ системы и теорию скрытых колебаний, создание и развитие которой в этом году было отмечено Государственной премией России в области науки и технологий. Этот подход позволил получить точную формулу для диапазона захвата и избежать ситуации, когда устройство неожиданно теряет синхронизацию, что может оказаться критичным в случае систем, используемых в навигации и энергетике. В дальнейшем мы планируем развивать методы теории скрытых колебаний для анализа более сложных систем фазовой автоподстройки частоты и сотрудничать с инженерами для создания опытных образцов таких систем на основе предлагаемых методов анализа и синтеза. Актуальность этих работ связана с программой импортозамещения в российской электронике и широким спектром инженерных приложений», — сказал заведующий кафедрой прикладной кибернетики СПбГУ, заведующий лабораторией информационно-управляющих систем ИПМаш РАН член‑корреспондент РАН, профессор Николай Кузнецов.
Новый подход протестировали на компьютерной модели, которая продемонстрировала его высокую стабильность и способность сохранять синхронизацию в условиях, где другие системы теряют ее. Кроме того, метод позволяет точнее прогнозировать поведение системы автоподстройки частоты, что имеет большое значение для практического использования.

Источник: CNews