Разделы

Телеком Беспроводная связь Навигация

Математики СПбГУ нашли формулу для оптимальной работы диапазона частот в радиосвязи и телекоммуникациях

Ученые Санкт-Петербургского университета в составе международного научного коллектива нашли точную аналитическую зависимость диапазона частот быстрого захвата от других параметров, что позволяет улучшить точность и устойчивость работы систем радиолокации, телекоммуникации и навигационных систем. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в научном журнале IEEE Transactions on Automatic Control. Об этом CNews сообщили представители СПбГУ.

Системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ, phase-locked loop, PLL) — это электронные схемы, которые используются для стабилизации частоты колебательных систем. Они автоматически регулируют частоту и фазу выходного сигнала, сравнивая его со ссылочным сигналом и корректируя с помощью обратной связи. Это позволяет обеспечить точность и устойчивость частоты в телекоммуникации, радарах, радиосвязи и другом.

При этом специалисты по всему миру проектируют различные новые модификации систем фазовой автоподстройки частоты, а также создают базу для реализации математических моделей ФАПЧ на практике. В России этим занимаются ученые под руководством профессора СПбГУ, руководителя ведущей научной школы РФ в области математики и механики члена-корреспондента РАН Николая Кузнецова.

По его словам, одной из ключевых задач анализа фазовой автоподстройки частоты является определение физических параметров и допустимого диапазона отклонений частоты входного сигнала от собственной частоты подстраиваемого сигнала, для которых ФАПЧ обеспечивает подстройку при различных дополнительных требованиях на переходные процессы.

Математики СПбГУ нашли формулу диапазона частот для оптимальной работы и решили проблему быстрой подстройки частоты.

«В этой работе мы впервые представили точную аналитическую зависимость диапазона быстрого захвата без проскальзывания циклов от значений параметров основных компонент схемы. К таким компонентам относятся детектор фазовой ошибки, управляемый напряжением генератор, а также фильтр нижних частот. Полученные данные — строгие, математически точные, аналитические оценки — позволили существенно уточнить имеющиеся ранее приближенные инженерные расчеты и дать точное решение ряда известных задач», — сказал руководитель исследования, заведующий кафедрой прикладной кибернетики СПбГУ Николай Кузнецов.

Аналитические оценки — это наиболее предпочтительный инструмент при анализе и синтезе фазовой автоподстройки частоты, так как достоверное численное моделирование или физические эксперименты не могут быть выполнены для всех возможных значений параметров.

Полученные результаты уже вызвали интерес у промышленных организаций, поскольку могут быть использованы в современных навигационных системах, системах энергообеспечения электровозов и перспективных гибридных самолетов с электродвигателем, а также для повышения надежности и улучшения рабочих характеристик. В настоящее время ведутся совместные работы с саратовским филиалом Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН и Институтом проблем машиноведения РАН над физической реализацией ряда моделей ФАПЧ для подтверждения теоретических результатов на практике.

Ранее научная группа профессора Н. В. Кузнецова в рамках развития теории скрытых колебаний совместно с профессором Калифорнийского университета в Беркли Леоном Чуа экспериментально показала существование скрытых аттракторов — точек притяжения в простейшей электрической цепи. Работа была отмечена в докладе президиума РАН как одно из главных научных достижений российской науки за 2022 г.

***

Санкт-Петербургский государственный университет - научный, образовательный и культурный центр, основан 28 января (8 февраля) 1724 г, когда Петр I издал указ об учреждении Университета и Российской академии наук.

Юрий Мацыгин, НОТА: Российские инхаус-решения не имеют аналогов на мировом рынке
Цифровизация