Исследовательская группа из Санкт-Петербургского государственного университета при поддержке Российского научного фонда (РНФ) представила новое достижение, способное заметно усилить надежность передачи информации в современных системах связи и навигации. Руководителем команды стал Николай Кузнецов — известный российский ученый, чьи разработки находят применение в самых перспективных отраслях отечественной электроники.
Проблема точной синхронизации сигналов в современных системах
В современном мире миллионы устройств — от мобильных телефонов и Wi-Fi-роутеров до спутниковых навигационных систем — зависят от фрагментированной и безошибочной передачи данных. Фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ) играет в этом процессе ключевую роль: она обеспечивает синхронизацию частоты и фазы между принимаемым сигналом и собственным генератором устройства. Даже минимальные помехи и разброс параметров могут нарушить этот хрупкий баланс, что приведет к ошибкам при передаче данных и снижению надежности работы систем связи.
Особое значение имеют два параметра: диапазон удержания и диапазон захвата системы автоподстройки частоты. При выходе сигналов за пределы допустимого диапазона синхронизация может быть утрачена. Определение этих диапазонов требует комплексного решения систем нелинейных уравнений с учетом множества факторов, что всегда оставляло пространство для неточностей и ошибок — особенно при использовании приближённых методов вычислений.
Точный расчет: как российские ученые упростили сложную задачу
Специалисты СПбГУ под руководством Николая Кузнецова смогли предложить математически выверенное решение для определения диапазона захвата одной из самых востребованных систем ФАПЧ. Применив метод замены переменных, исследователи свели сложные уравнения к более простому и прозрачному виду. В результате стало возможно не только повысить точность расчетов, но и визуально проследить динамику системы во временных диаграммах при различных параметрах передачи и приема.
Разработанная ими формула позволила устранить прежние неточности и существенно снизить вероятность внезапной потери синхронизации. В частности, удалось учесть влияние скрытых колебательных процессов, которые ранее могли приводить к неустойчивой работе устройств. Компьютерное моделирование подтвердило: предложенный способ расчетов надежно отражает реальное поведение сложных электронных систем, что делает возможным его применение на практике в разных сферах электроники.
Вклад в теорию и практику: комплексный подход СПбГУ и РНФ
Коллектив Николая Кузнецова внедрил уникальный комплексный подход, сочетающий качественные методы анализа и современные теории, инструментом которых стала теория скрытых колебаний. Эта теория заслужила государственное признание, был отмечен ее вклад в развитие отечественной науки и технологий.
Новый подход позволил не только повысить точность оценки диапазона захвата, но и минимизировать риск внезапных сбойных ситуаций в критически важных системах навигации, промышленности и энергетики. Решения, полученные российскими учеными, открывают путь к разработке более надежных и устойчивых устройств, отвечающих требованиям импортозамещения и растущим запросам рынка высоких технологий.
Практическая значимость и перспективы внедрения
Результаты исследования расширяют возможности для дальнейшего совершенствования телекоммуникационных систем в России. Перспективы внедрения охватывают как модернизацию существующих коммуникационных платформ, так и проектирование совершенно новых изделий с повышенной помехоустойчивостью для рынка электроники, цифрового телевидения, космической и авиационной отраслей. Команда Николая Кузнецова также выдвинула инициативу по сотрудничеству с ведущими инженерами страны для создания опытных образцов устройств на основе предложенных алгоритмов диагностики и синхронизации.
Эксперты отмечают, что предложенные методики имеют не только отечественное, но и значительное международное значение для развития технологий беспроводной связи и навигации. Такие разработки особенно актуальны в условиях широкой программы импортозамещения и стремительного распространения интеллектуальных систем управления и «интернета вещей».
Мнение эксперта: Николай Кузнецов о научном потенциале открытия
Николай Кузнецов, руководитель проекта, отмечает: «В нашем коллективе удалось объединить теоретическую фундаментальность и практический прогноз устройств, опираясь на достижения в области теории скрытых колебаний. Такой подход уже привел к созданию точной формулы для диапазона захвата и позволит надежно строить системы, минимизируя риск внезапных отказов в навигационной технике и в энергетике». Учёный подчеркивает, что совокупность новых методов анализа, точность математических расчетов, а также дружное взаимодействие с инженерным сообществом позволят не только поддержать технологическую независимость России, но и внести вклад в мировое развитие передовой электронной аппаратуры.
В дальнейшем исследовательская группа намерена продвигать свои методы для испытаний в промышленном масштабе, адаптируя полученные результаты к все более сложным структурным схемам, используемым в современных электронных и кибернетических системах.
Российская электроника получает новое конкурентное преимущество
Открытие ученых СПбГУ при поддержке РНФ воплощает яркий пример того, как фундаментальная наука содействует технологическому прорыву. Проект Николая Кузнецова закладывает прочную базу для безопасной, надежной и устойчивой работы цифровой инфраструктуры страны. Благодаря реализованному комплексу математических и инженерных решений перспективы развития отечественной электроники существенно расширяются, открывая новые горизонты для сотрудничества, внедрения инноваций и долгосрочного научно-промышленного лидерства России.
Источник: naked-science.ru
