Новые результаты исследования ФАПЧ помогут улучшить работу навигационных систем

Ученые из Санкт-Петербургского университета вместе с международной научной группой установили зависимость диапазона частот, используемых для быстрого захвата, от других параметров, которые позволяют повысить точность и стабильность работы радиолокационных, навигационных и телекоммуникационных систем.

Результаты своего исследования, которое было поддержано грантом РНФ, опубликованы в научном журнале IEEE Transactions on Automatic Control.

Системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) используются для стабилизации частот колебательных систем. Они автоматически регулируют частоту и фазу выходного сигнала через сравнение с нормальным сигналом и корректировку с помощью обратной связи. Это позволяет обеспечить точность и стабильность частоты в электросвязи, радарах и других системах.

Ученые со всего мира работают над созданием новых модификаций ФАПЧ и развитием среды для реализации математических моделей ФАПЧ на практике. В России этим заняты ученые под руководством профессора Санкт-Петербургского университета, члена-корреспондента РАН Николая Кузнецова (на фото).

Ключевой задачей анализа системы 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.

Ученые из Санкт-Петербургского университета нашли точную аналитическую зависимость диапазона частот для 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, – рассказал Николай Кузнецов, руководитель исследования и заведующий кафедрой прикладной кибернетики Санкт-Петербургского университета.

Аналитические оценки являются наиболее предпочтительным методом, поскольку достоверное численное моделирование или физические эксперименты не могут быть выполнены для всех возможных значений параметров.

Полученные результаты уже вызвали интерес у промышленных организаций и могут быть использованы в современных навигационных системах, системах энергообеспечения электровозов и новых гибридных самолетах с электродвигателем, а также для повышения надежности и улучшения рабочих характеристик. В настоящее время ведутся совместные исследования с институтами имени В. А. Котельникова РАН и проблем машиноведения РАН для подтверждения теоретических результатов на практике.

По материалам пресс-службы СПбГУ

21.06.2023