Технологии

Разработан простой способ синхронизации частоты и фазы входного и выходного навигационного сигнала

18 Июля 2025

Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета разработали математический инструмент, который позволяет точно определить условия стабильной работы систем фазовой автоподстройки частоты. Эти системы используются в устройствах связи и навигации для синхронизации параметров сигналов, например, в Wi-Fi-роутере и телефоне.

Ранее для расчёта диапазона захвата системы фазовой автоподстройки частоты применялись приближённые методы, которые могли приводить к ошибкам. В результате система могла работать нестабильно.

Интернет-ресурс InScience сообщает, что питерские учёные предложили новый метод, который позволяет точно определить диапазон захвата системы фазовой автоподстройки частоты. Для этого они использовали математический метод замены переменных, который упростил сложные уравнения, используемые в других подходах.

Кроме того, исследователи построили графики, которые показывают, как меняется состояние системы фазовой автоподстройки частоты при передаче и приёме сигналов с разными параметрами, такими как частота и фаза.

Результаты исследования были опубликованы в журнале IEEE Access. Они были получены при поддержке гранта Российского научного фонда.

Системы фазовой автоподстройки частоты широко используются в спутниковой навигации и устройствах беспроводной связи. Они обеспечивают точную синхронизацию частоты и фазы сигнала, поступающего на устройство, с сигналом, генерируемым самим устройством. Например, в случае Wi-Fi-соединения между роутером и телефоном сигнал, поступающий на телефон, может отличаться от опорного сигнала из-за помех или нестабильности передатчика (роутера). Система фазовой автоподстройки частоты сравнивает характеристики пришедшего сигнала и подстраивает их под характеристики устройства. Это позволяет передавать информацию без ошибок, даже если исходный сигнал немного искажён.

Однако для стабильной работы системы фазовой автоподстройки частоты необходимо соблюдение ряда условий. Например, существует ограничение по диапазону удержания — разнице частот, при которой система всё ещё способна поддерживать синхронизацию. Если разница превышает допустимый диапазон, синхронизация становится невозможной.

Другой важный параметр — диапазон захвата, то есть диапазон частот, в пределах которого гарантируется синхронизация при любых начальных условиях. Однако точно определить диапазон захвата сложно, так как для этого нужно решать системы нелинейных уравнений с большим количеством переменных. Ранее инженеры использовали приближённые методы, которые могли приводить к ошибкам и не всегда обеспечивали стабильную работу системы.

Учёные из СПбГУ провели математический анализ одной из наиболее распространённых систем фазовой автоподстройки частоты и нашли относительно простой способ точного расчёта диапазона захвата. Для этого они использовали метод замены переменных, который позволил упростить сложные уравнения, применяемые в других подходах. Кроме того, исследователи визуализировали, как меняется состояние системы фазовой автоподстройки частоты во времени при передаче и приёме сигналов с различными параметрами (частотами и фазами).

Выведенные формулы позволили исправить неточности ранее предложенных подходов, в частности, учесть скрытые колебания, которые могут привести к потере синхронизации. Компьютерное моделирование подтвердило, что расчёты точно описывают реальное поведение системы автоподстройки частоты, что делает их применимыми на практике.

«Мы предложили комплексный подход, который сочетает в себе качественный анализ системы и теорию скрытых колебаний. Этот подход был отмечен Госпремией РФ в области науки и технологий, которая была присуждена в этом году. Он позволил получить точную формулу для диапазона захвата и избежать ситуации, когда устройство неожиданно теряет синхронизацию, что может быть критично для 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 предложенных методов анализа и синтеза. Актуальность этих работ связана с программой импортозамещения в российской электронике и широким спектром инженерных приложений», — рассказал Николай Кузнецов, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, профессор, заведующий кафедрой прикладной кибернетики СПбГУ и заведующий лабораторией информационно-управляющих систем ИПМаш РАН, об участии в проекте, поддержанном грантом РНФ.

 

Короткая ссылка:  vestnik-glonass.ru/~RYAf9
18.07.2025
Иркутский государственный университет сообщает, что проектом «Воздействие космической погоды и эффектов многолучёвости на навигационные системы ГЛОНАСС и NAVIC при решении задач навигации объектов авиации и систем интеллектуального транспорта» руководит доктор технических наук профессор Владислав Демьянов.
17.07.2025
В условиях постоянно меняющегося городского ландшафта важно успевать за скоростью изменений. Города расширяются, здания растут, появляются новые дороги, а модели землепользования меняются, иногда даже в одночасье. Традиционно для отслеживания этих изменений требовалось проводить съёмки вручную и анализировать изображения, что занимало много времени.
16.07.2025
В настоящий момент с участием заинтересованных потребителей ведутся работы по увеличению времени автономной работы алгоритма навигации – без ГНСС. Отрабатываются при натурных испытаниях программные настройки интеграции с датчиком баровысоты, автоматическое вычисление скорости ветра на этапе полёта в зоне приёма достоверных сигналов ГНСС и автоматическая подстройка датчика воздушного потока (ДВП).
16.07.2025
В эксплуатацию официально введена космическая система радиолокационных спутников дистанционного зондирования Земли «Кондор-ФКА». В состав системы входят два спутника: «Кондор-ФКА» №1 и «Кондор-ФКА» №2. Первый спутник был запущен на орбиту в 2023 году, а второй — в ноябре 2024 года.

СТАТЬИ ГЛОНАСС

Киберугрозы как реальность сегодняшнего дня
В 2024 году в нашей стране было зарегистрировано более 765 тысяч правонарушений, совершённых с применением информационно-телекоммуникационных технологий, что составляет приблизительно 40% от общего объёма преступлений. Такие данные приводит новостной сайт Центра международной торговли со ссылкой на МВД РФ. В этом году их будет зарегистрировано ещё больше – можно ни разу не сомневаться. Цифровизация проникла во все сферы деятельности, сделав нашу жизнь продвинутой и комфортной – мы привыкли мгновенно оплачивать всё что хочешь через банковские приложения, управлять бизнесом в облаке, общаться в социальных сетях и одним кликом скупать содержимое маркетплейсов. Увы – вслед за этими удобствами идут массовые утечки персональных данных, промышленный шпионаж, репутационные риски, угрозы национальной безопасности и пр. Это не только экономические потери, но и серьёзные вызовы для государственного суверенитета и общественного доверия к цифровым системам.