Salutations, notre cher habretchitel!
"Ainsi les esprits ont décliné, et la chambre
Contient des essaims innombrables
Spacieux. ”
(C) John Milton, Paradise Lost
Les adeptes du kagal sombre des communications et de la navigation sous-marines travaillent jour et nuit pour apporter ces communications et cette navigation très sous-marines aux masses, et aujourd'hui, comme promis, l'un d'eux rendra compte du travail accompli et des succès obtenus.
Donc, il me semble que cette fois nous avons atteint la limite physique et il est très probable qu'il soit impossible de fabriquer un appareil pour transmettre des données numériques par le son à travers l'eau à une distance de 1000 mètres.
Qui était enthousiasmé par le sujet - en avant, à l'abondance du sonar, sous la coupe!
Réalisant traditionnellement que le sujet de la communication hydroacoustique et des problèmes connexes n'est pas familier à tout le monde, je propose un ensemble des nôtres (et pas seulement)
Je mentionnerai brièvement
qu'ici 95% de l'océan reste inexploré, et la difficulté tient non seulement au fait que nous ne pouvons plus vivre sous l'eau, mais aussi au fait que les ondes radio (d'une fréquence adéquate) ne se propagent pas sous l'eau, et par conséquent toutes , ce qui est possible sur terre et dans le ciel à l'aide des radiocommunications, cela devient presque impossible même sous une mince couche d'eau, et oui, il est encore principalement sombre et nuageux là-bas.
L'humanité essaie de sortir, et aujourd'hui la seule alternative plus ou moins répandue aux radiocommunications sous l'eau est l'acoustique, ou plutôt l'hydroacoustique. À l'aide d'ondes sonores qui, soit dit en passant, se propagent dans l'eau cinq fois plus vite que dans l'air:
Et ils transmettent simplement des données numériques, et souvent à notre époque, c'est une bonne forme pour combiner la transmission de données avec la navigation.
Les appareils avec lesquels les données numériques sont transmises par l'eau sont appelés (curieusement) un modem hydroacoustique.
Le transfert du son dans l'eau est difficile, mais vous pouvez
Pour comprendre pourquoi cela est difficile, imaginez que vous regardez à travers un courant murmurant un journal couché au fond et que vous essayez de le lire. Tout ce que vous parvenez à distinguer à travers les ondulations et les reflets en cours d'exécution est le titre. En vous fatiguant beaucoup les yeux, vous pourrez peut-être à peu près comprendre (voire deviner plus) le texte des sous-titres, pour comprendre ce qui est écrit dans les colonnes se révélera avec beaucoup de chance, lorsque les ondulations sont lissées pendant un moment et qu'une fine couche d'eau laminaire reste entre l'œil et le texte.
Le son dans l'eau se propage de façon non linéaire, subissant des courbures (réfraction), une réflexion, une addition et une soustraction de copies réfléchies du signal (réverbération et propagation par trajets multiples), un décalage Doppler, ainsi qu'une extension et une compression du spectre.
Selon notre analogie, plus l'en-tête est grand - plus il est facile à lire, c'est-à-dire plus la vitesse de transmission est faible - plus la connexion est fiable dans le cas général, «deviner» ce qui est écrit dans le texte plus petit peut être comparé au codage résistant au bruit (cela prend du temps et des informations supplémentaires) et vous ne pouvez lire de très petits textes que dans de bonnes conditions.
Les personnes proches des communications radio remarqueront à juste titre que toutes les difficultés répertoriées sont inhérentes à un degré ou un autre dans le canal radio, cependant, les principales différences sont que dans le sonar pour la transmission de données, nous avons une bande quelque part de 5 à 100 kHz avec une très grande étendue ( en réalité, il est sensiblement plus petit), et le contrôle à la tête: si (plus ou moins) pour transmettre des données dans la bande 5-15 kHz, cela va travailler dur pendant 10-20 km, puis dans la bande 80-100 kHz il est possible d'atteindre une portée de 1 km avec part de chance, en raison de la forte inégalité de l'atténuation Je suis des ondes sonores de fréquences différentes.
Eh bien et oui, la vitesse du son est légèrement inférieure à la vitesse de la lumière - seulement 200 000 fois.
Pour illustrer les capacités des modems sonar modernes, je vais donner ici une tablette de la
dissertation (page 54 sur PDF) Bridget Benson, qui est très populaire parmi ceux qui tentent en
vain de fabriquer un modem sonar «à genoux». La tablette est un peu dépassée, car le travail indiqué date de 2010, et, malheureusement, je ne peux pas le réparer sur la base de rumeurs, je le cite donc inchangé:
| Constructeur | Modem | Bande, kHz | Consommation électrique (transmission), W | Portée, km |
|---|
| Aquatec | Aquamodem | 8-16 | 20 | 10 |
| Dspcomm | Aquacomm | 16-30 | varié | 3 |
| Triech | Micronmodem | 20-24 | 7,92 | 0,5 |
| Whoi | Micromodem | 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 |
| Constructeur | Modem | Consommation électrique (réception), W | Modulation | Débit binaire | Prix, $ |
|---|
| Aquatec | Aquamodem | 0,6 | Dsss | 300-2000 | 7600 |
| Dspcomm | Aquacomm | varié | DSSS / OFDM | 480 | 6600 |
| Triech | Micronmodem | 0,72 | Dsss | 40 | 3500 |
| Whoi | Micromodem | 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 | Propriétaire | 9600 | 7000 |
| UCSD | UCSDModem | 0,42 | FSK | 200 | 350 * |
* Estimation des coûts des composants uniquement
Qu'est-ce qui a changé depuis 2010? Benthos a été acheté par Teledyne, Aquatec ne fabrique plus de modem acoustique (maintenant il ne le fait optiquement qu'à une distance de 1 mètre), et les modems EvoLogics, par les rumeurs qui m'ont atteint, sont devenus beaucoup moins chers. Mais le changement le plus global de mon point de vue s'est produit récemment: des modems sonars
sont apparus sur alibab-e. À un prix d'environ 1 000 $ à 2 000 $ pièce. Il y a de la technologie en Chine, et elle est très probablement entrée dans la catégorie des civils. Les messieurs de la tablette acceptent de nouveaux membres dans leurs rangs.
Mais alors que les fabricants chinois lents viennent de sortir des appareils pour 1000 $ à 2000 $ chacun, DSPComm expérimenté avec des modems à partir de 6600 $ a longtemps
écrit sur leur site Web que leur objectif était des modems moins chers que 1000 $.
Les gens essaient de fabriquer un modem sonar bon marché
Et le mot clé ici est «bon marché» - il suffit de google «Modem acoustique sous-marin à faible coût». Si nous rejetons beaucoup de thèses, refermant étrangement la thèse de B. Benson, alors il y aura toujours un nombre suffisant de projets intéressants. Une
généralisation intéressante à mon avis a été faite par les camarades espagnols. À bien des égards, très honnête, sans trop d'efforts pour embellir quelque chose.
Mais revenons au sujet de l'article
Les produits chinois mentionnés font peur avec leur rigueur: F120x600, poids 12 kg, 40 watts de données de transmission de l'émetteur avec des vitesses de 140 à 1200 bit / s sur une distance de 20 kilomètres. En ce qui concerne la vitesse de transmission - je recommande de toujours regarder la limite inférieure de la plage.
Le modem le plus petit (et le moins cher) de ceux présentés dans la tablette -
MicronModem du spin-off anglais de la société New Castle University a des dimensions F56x79 mm, un poids à sec de 235 grammes et, selon le fabricant, peut transmettre des données utilisateur à une vitesse de 40 bit / s à distance jusqu'à 500 mètres.
Pas mal, mais en 2016, nous avons publié notre
RedLINE , qui avec des dimensions de 64x62 mm et un poids sec de 360 grammes peut transmettre des données numériques à une vitesse de 80 bit / s à une distance de 8000 mètres, tout en étant beaucoup moins cher qu'un concurrent, et même avec une fonction de relais. À bien des égards, il était possible d'emballer des «esprits dans la chambre» si étroitement grâce aux efforts de
StDmitriev et d'un peu de mine. Notre idée a ensuite pris forme dans un
brevet entier.
Running back
Nous nous demandons, en quoi consiste un modem? En règle générale, à partir d'une antenne émettrice-réceptrice composée d'un ou de plusieurs anneaux piézoélectriques, d'un amplificateur de puissance, d'un préamplificateur et de filtres, ainsi que d'une sorte de processeur de signal numérique. Il semble que ce ne soit pas sorcier? Mais même dans une fusée, le coût de tous les matériaux et assemblages ne représente que moins de 10% du coût de la fusée elle-même.
Bien que la technologie n'ait pas acquis un statut de masse, elle reste chère.
Et nous voulons acheter un modem sonar n'était pas plus difficile que d'acheter un module Arduino, GPS ou radio.
Que faisons-nous pour cela? Continuant à exploiter notre brevet,
StDmitriev a cette fois «poussé les esprits» dans une chambre encore plus petite, et j'ai donc déposé un nouveau firmware qui pourrait utiliser pleinement le fer à repasser résultant.
Découvrez ce
uWAVE - le modem sonar le plus petit et le moins cher du monde
Maintenant, les esprits sont entassés dans un cylindre mesurant F40x45 millimètres, dont le poids ne dépasse pas 160 grammes. Le sifflement des esprits vous permet de transférer des données à une vitesse de 78 bit / s sur une distance allant jusqu'à 1000 mètres. Et le modem lui-même peut être alimenté même par USB.
Les photos suivantes comparent les tailles de RedLINE (jaune) et uWAVE (rouge):
Mais ce n'est pas tout: le modem prend en charge non seulement la transmission par soi-disant. canal transparent avec division de code des abonnés, mais aussi un mode de commande dans lequel vous pouvez demander à distance la profondeur, la température (il y a un capteur intégré à bord) et la tension d'alimentation de l'abonné distant avec mesure du temps de propagation du signal. Et pour les tâches de télécontrôle, 9 commandes utilisateur de code sont fournies.
Mais même ce n'est pas la chose principale, mais la chose principale est que nous avons réussi à battre notre propre record de prix et le prix de détail du modem uWAVE est de 480 $. C'est 6 (SIX, KARL!) Fois moins cher que l'homologue anglais le plus proche, avec une portée deux fois plus longue et la moitié de la taille. Nous espérons vivement qu'avec une augmentation des volumes de production, le prix pourra encore être réduit.
Comme vous pouvez le voir, nous avons répondu aux attentes de 7,6% de ceux qui ont voté dans l'
article précédent, et cette fourchette de prix se classe au deuxième rang des votes après les 100 à 200 $ jusqu'ici inaccessibles.
Si quelqu'un peut désormais moins cher et moins cher avec les mêmes caractéristiques - je donne ma parole: je quitte immédiatement le métier!Quand j'ai parlé du fait que nous avons atteint le
bas de la limite physique de taille, je voulais dire que même si nous parvenons à adapter toute l'électronique dans un volume plus petit, la taille de l'anneau utilisé ne nous permettra pas de travailler efficacement dans cette bande de fréquences, et il est impossible d'obtenir de l'énergie caractéristiques spécifiées. Plus l'élément piézoélectrique est petit, plus il émet de basses fréquences, plus la fréquence est élevée, plus la distance de communication est courte. De telles choses.
Pourquoi tout cela est-il nécessaire?
«Des milliards d'os inconnus dans des tombes inconnues ne nous ont-ils pas séduits, exigés ou nous ont-ils reproché? Je vois des milliards de vies humaines passées, dans lesquelles la jeunesse, la beauté et les joies de la vie s'écoulaient instantanément comme du sable entre les doigts - elles exigent de révéler le grand mystère du temps, de le combattre! La victoire sur l'espace est la victoire sur le temps - c'est pourquoi je suis confiant dans ma justesse et dans la grandeur de l'entreprise conçue! » (C) I. Efremov, nébuleuse d'Andromède
"Tout d'abord, c'est tout simplement magnifique ..." (C)
Sérieusement, récemment, le sujet de la communication avec un troupeau d'appareils autonomes, l'Internet sous-marin des objets et d'autres choses incroyables a été particulièrement demandé. Ainsi, les
collègues fabriquent des appareils autonomes (planeurs) de tailles très différentes, sur lesquels il n'est pas si problématique de placer un produit de l'industrie chinoise pesant 12 kilogrammes, mais un peu impossible, et il est surtout impossible de l'alimenter avec cet appareil, par exemple, jetez un œil à ce
bébé
Pour savoureux
Je veux dire comment nous avons répété l'expérience de l'
article précédent, où nous avons déterminé l'emplacement géographique de l'un des modems
RedGTR en utilisant un autre du même modem, module GPS et un appât chinois sur la radiocommande.
J'ai fouetté l'
application pour qu'elle puisse fonctionner avec les modems uWAVE, et le firmware embarqué du bateau n'a même pas dû être modifié.
Le protocole d' interface modem
a été rendu encore plus simple.
Faute de temps, nous ne sommes pas allés à notre bien-aimé
Pichuga , mais nous étions satisfaits de l'option de secours -
Yuzhny Pond , un réservoir d'eau que nous connaissons, d'une profondeur de 2 à 1,5 mètre.
Cette fois, le «phare» était situé sur un radeau d'isolation thermique solide et était alimenté par Power Bank, comme on peut le voir sur la photo:
Chargement d'un radeau avec un phare sur un bateau:
Moment de travail:
En général, tout a fonctionné comme prévu, et au final, nous avons obtenu quelques pistes avec une précision meilleure que 1 mètre. Comme ça:
Et comme ça:
La photo ci-dessus montre une partie agrandie de la piste, et tout cela en vue de l'allongement du réservoir sur la photo suivante:
La piste de mesure est indiquée en vert - les points où la distance au défendeur a été mesurée, et où elle est en retard par rapport à la piste bleue (piste du bateau), la connexion acoustique a été coupée. La raison en est assez simple et banale - les conditions hydrologiques sont telles qu'il est peu probable que quelqu'un d'autre que
des fous urbains aurait deviné plonger un tel équipement dans un tel réservoir et essayer d'y transmettre des données.
Dans les deux cas, ils ont obtenu un écart par rapport à la position réelle du phare dans la région de 70 à 90 centimètres.
Voici à quoi cela ressemble sur l'écran de l'application distante:
Le modem du bateau est alimenté par une batterie plomb-acide, sa tension ainsi que la profondeur et le temps de propagation sont affichés en haut à gauche, le modem «responder» a été alimenté par le Powerbank, sa tension devrait être de 5 Volts, et la profondeur est de 80 cm. Température de l'eau selon la demande 14,7 ° C, et selon l'intimé 13,8 ° C.
Des perspectives associées à cette branche d'appareils
- Nous prévoyons de créer une antenne radiogoniométrique pour travailler avec uWAVE;
- le firmware du système à base longue est déjà prêt, dans lequel le modem uWAVE agira comme un pinger, et son emplacement peut être déterminé à l'aide de quatre petites bouées. Dès que nous nous débarrasserons des tâches en cours, nous reprendrons le développement des boîtiers et des planches.
En conclusion
Merci de votre attention, comme toujours, les critiques et suggestions judicieuses sont les bienvenues!
PS
Et il est tellement cool, petit =)
Nous avons eu un réel plaisir à développer notre tout dernier modem, c'est l'un de ces moments pour lesquels nous travaillons.
PPS
Le succès de l'entreprise a été marqué par la consommation de thé sans sortir du kayak.
