Поделиться
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.
Настройка систем
Системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) сравнивают входящий сигнал — например, от роутера — с тем, что генерирует само устройство, и подстраивают его, чтобы связь была четкой. Без ФАПЧ связь была бы полна помех — представьте, что вы говорите по телефону, а ваш голос то ускоряется, то замедляется.
Но у таких систем есть два ключевых предела: Диапазон удержания — насколько сигналы могут разойтись по частоте, но система еще удержит синхронизацию. Диапазон захвата — в каких пределах устройство сможет «поймать» сигнал, даже если изначально он сильно отличается. До 2025 г. расчеты были сложными, потому что требовали решения громоздких уравнений. Ученые СПбГУ упростили задачу с помощью математической замены переменных и анализа скрытых колебаний — тех самых неочевидных процессов, которые раньше не учитывали и из-за которых связь могла неожиданно прерываться.
Выгоды от разработки
В июле 2025 г. компьютерное моделирование подтвердило: новые формулы работают. Это особенно важно для российского импортозамещения в электронике — теперь российские устройства смогут точнее настраивать связь.
Главный плюс — надежность, ведь сбои синхронизации сигналов в навигации, к примеру в Глобальной навигационной спутниковой системе (ГЛОНАСС) или же в энергосетях, могут привести к серьезным последствиям. Новый метод снижает риск внезапной потери связи. Вторая выгода — экономия времени. Инженерам больше не нужно перебирать параметры методом проб и ошибок или использовать неточные формулы. Упрощенные расчеты ускорят разработку устройств. Третий выгода — универсальность. Метод применим не только в Wi-Fi и спутниках, но и в медицине, например в аппаратах магнитно-резонансной томографии (МРТ), ведь они тоже полагаются на точную синхронизацию сигналов.
Отметим, что исследование рассматривает только один тип ФАПЧ — для более сложных систем (например, с адаптивными фильтрами) метод может потребовать доработки. Также неясно, как он поведет себя в условиях экстремальных помех — например, в зонах с мощными радиопомехами.
Научное учреждение
СПбГУ — старейший университет России — был основан 8 февраля 1724 г., когда Петр I издал указ об учреждении Университета и Российской академии наук (РАН). 10 июля 2025 г. СПбГУ — один из крупнейших научно‑образовательных центров. Здесь учатся более 20 тыс. студентов, созданы более 15 крупных лабораторий и 23 ресурсных центра, входящих в ведущий Научный парк страны. Выпускники Университета неоднократно становились лауреатами Нобелевской и Филдсовской премий.
С 2025 г. Северная столица официально отмечает новый праздник — День СПбГУ, внесенный в закон Санкт‑Петербурга «О праздниках и памятных датах в Санкт‑Петербурге».
Короткая ссылка
