Grüße, unser lieber Habretchitel!
So lehnten die Geister und die Kammer ab
Hält unzählige Schwärme
Geräumig. "
(C) John Milton, verlorenes Paradies
Anhänger des dunklen Kagals der Unterwasserkommunikation und -navigation arbeiten Tag und Nacht daran, diese Unterwasserkommunikation und -navigation der Masse zugänglich zu machen, und heute wird einer von ihnen, wie versprochen, über die geleistete Arbeit und die erzielten Erfolge berichten.
Diesmal scheint es mir also, dass wir die physikalische Grenze erreicht haben und es höchstwahrscheinlich unmöglich ist, ein Gerät zur Übertragung digitaler Daten per Ton durch Wasser bis zu einer Entfernung von 1000 Metern irgendwie merklich kleiner zu machen.
Wer war begeistert von dem Thema - vorwärts, zu Sonarfülle, unter dem Schnitt!
Da ich traditionell erkenne, dass das Thema hydroakustische Kommunikation und damit verbundene Probleme nicht jedem bekannt ist, biete ich eine Reihe von unseren (und nicht nur) an.
Ich möchte kurz erwähnen, dass
hier 95% des Ozeans unerforscht bleiben und die Schwierigkeit nicht nur darin besteht, dass wir
nicht mehr unter Wasser leben können, sondern auch darin, dass sich Radiowellen (mit einer angemessenen Frequenz) nicht unter Wasser ausbreiten und dementsprechend alle , was mit Hilfe der Funkkommunikation auf der Erde und am Himmel möglich ist, wird selbst unter einer dünnen Wasserschicht fast unmöglich, und ja, dort ist es meistens noch dunkel und bewölkt.
Die Menschheit versucht herauszukommen, und heute ist die Akustik bzw. Hydroakustik die einzige mehr oder weniger weit verbreitete Alternative zur Funkkommunikation unter Wasser. Mit Hilfe von Schallwellen, die sich im Wasser übrigens fünfmal schneller ausbreiten als in der Luft:
Und sie übertragen nur digitale Daten. In unserer Zeit ist es oft eine gute Form, Datenübertragung mit Navigation zu kombinieren.
Geräte, mit denen digitale Daten über Wasser übertragen werden, werden (seltsamerweise) als hydroakustisches Modem bezeichnet.
Die Schallübertragung durch Wasser ist schwierig, aber Sie können
Um zu verstehen, warum dies schwierig ist, stellen Sie sich vor, Sie schauen durch einen murmelnden Strom auf eine Zeitung, die unten liegt und versucht, sie zu lesen. Alles, was Sie durch die laufenden Wellen und Blendung erkennen können, ist die Überschrift. Wenn Sie Ihre Augen stark belasten, können Sie möglicherweise den Text der Unterüberschriften grob verstehen (noch mehr erraten). Wenn Sie verstehen, was in den Spalten steht, wird dies mit großem Glück geschehen, wenn die Wellen für einen Moment geglättet werden und eine dünne Schicht laminar fließendes Wasser zwischen dem Auge und dem Text verbleibt.
Schall im Wasser breitet sich nichtlinear aus und unterliegt Biegungen (Brechung), Reflexion, Addition und Subtraktion reflektierter Kopien des Signals (Nachhall und Mehrwegeausbreitung), Doppler-Verschiebung sowie Spektralerweiterung und -kompression.
Nach unserer Analogie ist die Verbindung im allgemeinen Fall umso zuverlässiger, je größer der Header ist - je einfacher er zu lesen ist, dh je niedriger die Übertragungsgeschwindigkeit ist. Das Erraten, was im kleineren Text geschrieben ist, kann mit rauschresistenter Codierung verglichen werden (dies erfordert Zeit und zusätzliche Informationen). und Sie können sehr kleinen Text nur unter guten Bedingungen lesen.
Menschen, die der Funkkommunikation nahe stehen, werden zu Recht feststellen, dass alle aufgeführten Schwierigkeiten dem Funkkanal auf die eine oder andere Weise eigen sind. Die Hauptunterschiede bestehen jedoch darin, dass wir beim Sonar für die Datenübertragung ein Band zwischen 5 und 100 kHz mit einer sehr hohen Dehnung haben ( In Wirklichkeit ist es merklich kleiner) und die Steuerung zum Kopf: Wenn (Plus oder Minus) Daten im Band 5-15 kHz übertragen werden, wird es 10-20 km lang hart arbeiten, dann ist es im Band 80-100 kHz möglich, eine Reichweite von 1 km mit zu erreichen Anteil des Glücks aufgrund der starken Ungleichmäßigkeit der Dämpfung Ich bin Schallwellen mit unterschiedlichen Frequenzen.
Nun ja, die Schallgeschwindigkeit ist etwas geringer als die Lichtgeschwindigkeit - nur 200.000 Mal.
Um die Fähigkeiten moderner Sonarmodems zu veranschaulichen, werde ich hier ein Tablet aus der
Dissertation (Seite 54 im PDF-Format) Bridget Benson geben, das bei denjenigen sehr beliebt ist, die
vergeblich versuchen, ein Sonarmodem „auf den Knien“ herzustellen. Das Tablet ist etwas veraltet, da die angegebene Arbeit aus dem Jahr 2010 stammt und ich es leider nicht aufgrund von Gerüchten reparieren kann. Deshalb zitiere ich es unverändert:
| Hersteller | Modem | Band, kHz | Stromverbrauch (Übertragung), W. | Reichweite, km |
|---|
| Aquatec | Aquamodem | 8-16 | 20 | 10 |
| Dspcomm | Aquacomm | 16-30 | abwechslungsreich | 3 |
| Triech | Mikronmodem | 20-24 | 7.92 | 0,5 |
| Whoi | Mikromodem | 25 | 50 | 1-10 |
| Benthos | ATM885 | 16-21 | 28-84 | 2-6 |
| EvoLogics | S2CM48 / 78 | 48-78 | 2,5-80 | 1 |
| Linkquest | UWM2000H | NS | 1.5 | 0,8 |
| UCSD | UCSDModem | 40 | 1.3-7.0 | 0,4 |
| Hersteller | Modem | Stromverbrauch (Empfang), W. | Modulation | Bitrate | Preis, $ |
|---|
| Aquatec | Aquamodem | 0,6 | Dsss | 300-2000 | 7600 |
| Dspcomm | Aquacomm | abwechslungsreich | DSSS / OFDM | 480 | 6600 |
| Triech | Mikronmodem | 0,72 | Dsss | 40 | 3500 |
| Whoi | Mikromodem | 0,23 / 2 | FSK / PSK | 80/5400 | 8100-9400 |
| Benthos | ATM885 | 0,7 | FSK / PSK | 140-15360 | 7200-11000 |
| EvoLogics | S2CM48 / 78 | 0,5 | S2C | 15.000 | 12500 |
| Linkquest | UWM2000H | NS | Proprietär | 9600 | 7000 |
| UCSD | UCSDModem | 0,42 | FSK | 200 | 350 * |
* Nur Kostenschätzung für Komponenten
Was hat sich seit 2010 geändert? Benthos wurde von Teledyne gekauft, Aquatec stellt kein akutes Modem mehr her (jetzt nur noch optisch in einer Entfernung von 1 Meter), und EvoLogics-Modems sind nach Gerüchten, die mich erreicht haben, erheblich billiger geworden. Die aus meiner Sicht globalste Änderung ist jedoch kürzlich eingetreten: Sonarmodems wurden auf alibab-e angezeigt. Zu einem Preis von etwa 1.000 bis 2.000 US-Dollar pro Stück. In China gibt es Technologie, die höchstwahrscheinlich in die Kategorie der Zivilisten übergegangen ist. Herren von der Tafel nehmen neue Mitglieder in ihre Reihen auf.
Während langsame chinesische Hersteller gerade Geräte für 1.000 bis 2.000 US-Dollar pro Stück herausgebracht haben, haben erfahrene DSPComm mit Modems ab 6.600 US-Dollar lange auf ihrer Website geschrieben, dass ihr Ziel Modems sind, die billiger als 1.000 US-Dollar sind.
Die Leute versuchen, ein billiges Sonarmodem herzustellen
Und das Schlüsselwort hier ist "billig" - googeln Sie einfach "Kostengünstiges akustisches Unterwassermodem". Wenn wir viele Thesen verwerfen und die These von B. Benson verdächtig nahe wiederholen, wird es immer noch eine ausreichende Anzahl interessanter Projekte geben. Eine interessante
Verallgemeinerung wurde meiner Meinung nach von den spanischen Genossen gemacht. In vielerlei Hinsicht sehr ehrlich, ohne viel Aufwand, um etwas zu verschönern.
Aber zurück zum Thema des Artikels
Die genannten chinesischen Produkte erschrecken durch ihre Gründlichkeit: F120x600, Gewicht 12 kg, 40 Watt der Sender-Push-Daten mit Geschwindigkeiten von 140 bis 1200 Bit / s über eine Distanz von 20 Kilometern. In Bezug auf die Übertragungsgeschwindigkeit empfehle ich, immer auf die untere Grenze des Bereichs zu achten.
Das kleinste (und billigste) Modem der auf dem Tablet vorgestellten -
MicronModem von der englischen Ausgründung der New Castle University hat Abmessungen von 56 bis 79 mm, ein Trockengewicht von 235 Gramm und kann laut Hersteller Benutzerdaten mit einer Geschwindigkeit von 40 Bit / s übertragen Entfernung bis zu 500 Metern.
Nicht schlecht, aber 2016 haben wir unsere
RedLINE veröffentlicht , die mit Abmessungen von 64 x 62 mm und einem Trockengewicht von 360 Gramm digitale Daten mit einer Geschwindigkeit von 80 Bit / s bis zu einer Entfernung von 8000 Metern übertragen kann, während sie viel billiger als ein Konkurrent und sogar mit einer Relaisfunktion sind. In vielerlei Hinsicht war es dank der Bemühungen von
StDmitriev und einer kleinen Mine möglich, „Geister in die Kammer“ so dicht zu
packen . Unsere Idee nahm dann in einem ganzen
Patent Gestalt an.
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Wir fragen uns, woraus besteht ein Modem? Typischerweise eine Transceiverantenne aus einem oder mehreren piezokeramischen Ringen, einem Leistungsverstärker, einem Vorverstärker und Filtern sowie einer Art digitalem Signalprozessor. Es scheint keine Raketenwissenschaft zu sein? Aber selbst bei einer Rakete betragen die Kosten für alle Materialien und Baugruppen nur weniger als 10% der Kosten für die Rakete selbst.
Während Technologie keinen Massenstatus erlangt hat, bleibt sie teuer.
Und wir wollten ein Sonarmodem kaufen, das nicht schwieriger war als der Kauf eines Arduino-, GPS- oder Funkmoduls.
Was machen wir dafür?
StDmitriev nutzte weiterhin unser Patent und
schob diesmal die Geister in eine noch kleinere Kammer.
Dementsprechend reichte ich eine neue Firmware ein, die das resultierende Platteneisen vollständig nutzen konnte.
Lernen Sie dieses
uWAVE kennen - das kleinste und billigste
Sonarmodem der Welt
Jetzt drängen sich die Spirituosen in einem Zylinder mit einer Größe von 40 x 45 Millimetern, dessen Gewicht 160 Gramm nicht überschreitet. Durch das Zischen von Geistern können Sie Daten mit einer Geschwindigkeit von 78 Bit / s über eine Entfernung von bis zu 1000 Metern übertragen. Das Modem selbst kann sogar über USB mit Strom versorgt werden.
Die folgenden Fotos vergleichen die Größen von RedLINE (gelb) und uWAVE (rot):
Das ist aber noch nicht alles: Das Modem unterstützt nicht nur die Übertragung per sogenanntem. Ein transparenter Kanal mit Codeteilung der Teilnehmer, aber auch ein Befehlsmodus, in dem Sie Tiefe, Temperatur (es ist ein Sensor eingebaut) und die Spannung des entfernten Teilnehmers mit einer Messung der Signalausbreitungszeit aus der Ferne anfordern können. Für Telekontrollaufgaben stehen 9 Code-Benutzerbefehle zur Verfügung.
Aber auch das ist nicht die Hauptsache, aber die Hauptsache ist, dass wir unseren eigenen Preisrekord brechen konnten und der Verkaufspreis für das uWAVE-Modem 480 US-Dollar beträgt. Dies ist 6 (SIX, KARL!) Mal billiger als das nächste englische Gegenstück, mit doppelt so großer Reichweite und halb so großer Größe. Wir hoffen sehr, dass mit steigenden Produktionsmengen der Preis weiter gesenkt werden kann.
Wie Sie sehen, haben wir die Erwartungen von 7,6% derjenigen erfüllt, die im vorherigen
Artikel abgestimmt haben, und diese Preisspanne steht nach den bisher unerreichbaren 100 bis 200 US-Dollar an zweiter Stelle.
Wenn jemand jetzt weniger und billiger mit den gleichen Eigenschaften kann - ich gebe mein Wort: Ich verlasse sofort den Beruf!Als ich über die Tatsache sprach, dass wir den
unteren Rand der physikalischen Größengrenze erreicht haben, meinte ich, dass selbst wenn wir es schaffen, die gesamte Elektronik in einem kleineren Volumen unterzubringen, die Größe des verwendeten Rings es uns nicht ermöglicht, effektiv in diesem Frequenzband zu arbeiten, und es unmöglich ist, Energie zu erreichen spezifizierte Eigenschaften. Je kleiner das piezoelektrische Element ist, desto schlechter sendet es niedrige Frequenzen aus. Je höher die Frequenz, desto kürzer die Kommunikationsentfernung. Solche Dinge.
Warum ist das alles notwendig?
„Haben uns nicht Milliarden unbekannter Knochen in unbekannten Gräbern angesprochen, gefordert oder uns Vorwürfe gemacht? Ich sehe Milliarden vergangener Menschenleben, in denen Jugend, Schönheit und Lebensfreude augenblicklich wie Sand zwischen den Fingern flossen - sie fordern, das große Geheimnis der Zeit zu enthüllen, es zu bekämpfen! Der Sieg über den Weltraum ist der Sieg über die Zeit - deshalb vertraue ich auf meine Richtigkeit und die Größe des konzipierten Geschäfts! “ (C) I. Efremov, Andromeda-Nebel
"Erstens ist es einfach wunderschön ..." (C)
Im Ernst, in letzter Zeit wurde das Thema Kommunikation mit einer Herde autonomer Geräte, das Unterwasser-Internet der Dinge und andere unglaubliche Dinge besonders gefordert. So stellen
Kollegen autonome Geräte (Segelflugzeuge) sehr unterschiedlicher Größe her, auf denen es nicht so problematisch ist, ein Produkt der chinesischen Industrie mit einem Gewicht von 12 Kilogramm zu platzieren, aber ein wenig unmöglich, und es ist besonders unmöglich, es mit diesem Gerät anzutreiben, zum Beispiel, schauen Sie sich dieses
Baby an
Für lecker
Ich möchte erzählen, wie wir die Erfahrungen aus dem vorherigen
Artikel wiederholt haben, in dem wir den geografischen Standort eines der
RedGTR- Modems mithilfe eines anderen Modems, GPS-Moduls und eines chinesischen
Köderboots über die Funksteuerung ermittelt haben.
Ich habe die
Anwendung so entwickelt, dass sie mit uWAVE-Modems funktioniert, und die integrierte Firmware des Bootes musste nicht einmal geändert werden.
Das Modemschnittstellenprotokoll
wurde noch einfacher gestaltet.
Aus
Zeitgründen gingen wir nicht zu unserem geliebten
Pichuga , sondern waren mit der Backup-Option zufrieden - dem
Yuzhny Pond , einem bekannten Wasserreservoir mit einer Tiefe von 2 bis 1,5 Metern.
Diesmal befand sich der „Leuchtturm“ auf einem Floß fester Wärmedämmung und wurde von der Power Bank angetrieben, wie auf dem Foto zu sehen ist:
Laden eines Floßes mit einem Leuchtturm auf ein Boot:
Arbeitsmoment:
Im Allgemeinen hat alles wie erwartet funktioniert, und am Ende haben wir ein paar Tracks mit einer Genauigkeit von besser als 1 Meter bekommen. So:
Und so:
Das Foto oben zeigt einen vergrößerten Teil der Strecke und alles im Hinblick auf die Verlängerung des Reservoirs auf dem folgenden Foto:
Die Messspur ist grün dargestellt - die Punkte, an denen die Entfernung zum Angeklagten gemessen wurde und an denen sie hinter der blauen (Bootsspur) zurückbleibt, wurde die akustische Verbindung unterbrochen. Der Grund dafür ist recht einfach und banal - die hydrologischen Bedingungen sind so, dass es unwahrscheinlich ist, dass jemand anderes als
Stadtwahnsinnige vermutet hätte, solche Geräte in ein solches Reservoir zu tauchen und dort Daten zu übertragen.
In beiden Fällen wurde eine Abweichung von der tatsächlichen Position des Leuchtturms im Bereich von 70 bis 90 Zentimetern festgestellt.
So sieht es auf dem Bildschirm der Remote-Anwendung aus:
Das Modem auf dem Boot wird von einer Blei-Säure-Batterie gespeist, seine Spannung sowie die Tiefe und Ausbreitungszeit werden oben links angezeigt, das "Responder" -Modem wurde von der Power Bank gespeist, seine Spannung wird voraussichtlich 5 Volt betragen und die Tiefe beträgt 80 cm. Wassertemperatur gemäß Anforderung 14,7 ° C und nach Angaben des Befragten 13,8 ° C.
Aus den mit diesem Gerätezweig verbundenen Perspektiven
- Wir planen eine Peilantenne für die Arbeit mit uWAVE.
- Die Firmware für das Long-Base-System ist bereits fertig, bei der das uWAVE-Modem als Pinger fungiert, und sein Standort kann mit vier kleinen Bojen bestimmt werden. Sobald wir die aktuellen Aufgaben los sind, werden wir uns mit der Entwicklung von Fällen und Boards befassen.
Abschließend
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, wie immer, fundierte Kritik und Vorschläge sind willkommen!
PS
Und er ist so cool, klein =)
Wir haben uns sehr über die Entwicklung unseres modernsten Modems gefreut. Dies ist einer der Momente, für die wir arbeiten.
PPS
Der Erfolg des Unternehmens war durch Teetrinken gekennzeichnet, ohne aus dem Kajak auszusteigen.
