दो ट्रांसवर्स पर अंडरवाटर जीपीएस

नमस्कार प्रिय हाबुचिटेल!

हमारे पानी के नीचे जीपीएस हाल ही में तीन साल पुराना हो गया। इस समय के दौरान, यह प्रणाली धारावाहिक बन गई, हमने कई और प्रणालियों और उपकरणों को बाजार में ला दिया, लेकिन इस बार मैंने आम लोगों को जलविद्युत लाने के जुनून को नहीं छोड़ा, इसे आम प्रेमियों, मॉडलरों, शहरी पागल नागरिक विज्ञान और इस तरह के प्रतिनिधियों के लिए सुलभ बनाया अन्य इच्छुक

और आज, हमारी विनम्र वर्षगांठ के सम्मान में, मैं विस्तार से और उंगलियों पर समझाऊंगा कि कैसे एक पानी के नीचे की वस्तु का भौगोलिक स्थान निर्धारित करने के लिए सिर्फ दो ट्रांसीवर का उपयोग करें: स्रोत कोड, मजाकिया चित्र, रेखांकन और प्रयोगात्मक परिणामों के साथ।

वोल्गोग्राड जलाशय के स्वच्छ और गर्म पानी में, कश्ती पर हम सभी से दिलचस्पी रखते हैं!



ध्यान दें: लेख में मैटन की ट्रेस मात्रा होती है!

उन लोगों के लिए जो यह नहीं समझ रहे हैं कि क्या हो रहा है, लेकिन इसे देखने में कोई आपत्ति नहीं है, मेरा सुझाव है कि आप अपने आप को हमारे पिछले प्रकाशनों से परिचित कराएं जो जलविद्युत और पानी के नीचे के नेविगेशन के विषय पर हैं:
एक्सपोज़र के साथ पानी के माध्यम से ध्वनि के वीडियो प्रसारण का सत्र
प्रति वर्ष खरोंच से अंडरवाटर जीपीएस
पानी के भीतर जीपीएस: जारी रखा
राष्ट्रपति के भाषण कार्यों पर सायनोबैक्टीरिया के प्रभाव पर
पानी के नीचे नेविगेशन: दिशा खोज - दिशा खोज नहीं, आप सफलता के लिए बर्बाद हैं
और यह भी एक महान समीक्षा लेख के साथ akuzmin के बारे में हाइड्रोलिसिक्स के बारे में

परिचयात्मक

पानी के नीचे, रेडियो तरंगें किसी भी महत्वपूर्ण दूरी तक नहीं पहुंचती हैं, और कम या ज्यादा सभ्य वायरलेस संचार और नेविगेशन, दिल पर हाथ, केवल ध्वनिकी की मदद से संभव है।

नेविगेशन सिस्टम के केवल ढाई कार्य प्रकार हैं:

• ultrashort- बेस (USB, USBL) - बीकन सिग्नल के आगमन के कोण को निर्धारित करने और दूरी को मापने के आधार पर (या तो अनुरोध-प्रतिक्रिया विधि द्वारा या सिंक्रनाइज़ घंटों द्वारा)। एक एंटीना सरणी का उपयोग करके आगमन का कोण निर्धारित किया जाता है। वांछित स्थिति कोण और सीमा (प्रत्यक्ष जियोडेसिक कार्य) द्वारा निर्धारित की जाती है। उदाहरण के लिए UKB प्रणाली, हमारी ZIMA है
• लंबी दूरी (DB, LBL) - जहां सिग्नल आगमन का समय या तो कई रिसीवरों पर या कई ट्रांसमीटरों से (हमारे अंडरवाटर जीपीएस काम करता है) एक ज्ञात स्थिति के साथ मापा जाता है। आप या तो "अनुरोध-प्रतिक्रिया" विधि (रेंजफाइंडर विधि) का उपयोग करके दूरी माप सकते हैं या संकेत आगमन समय (अंतर-रेंजफाइंडर विधि) में अंतर को माप सकते हैं, उदाहरण के लिए, जीपीएस और ग्लोनास कार्य। एक लंबा आधार तैर सकता है (हमारे RedWAVE की तरह) या नीचे।
• लघु-आधार (KB, SB) - वास्तव में - समान लंबी-आधार प्रणाली, लेकिन आधार के सभी सहायक तत्व एक ही आधार पर स्थित हैं - उदाहरण के लिए, एक जहाज पर।

जैसा कि मैंने कहा, एक लंबा आधार "अनुरोध-प्रतिक्रिया" के आधार पर काम कर सकता है, जिस स्थिति में वांछित ऑब्जेक्ट की गहराई ज्ञात होने पर, एन गोले या सर्कल को इंटरसेक्ट करने की समस्या को हल करना आवश्यक है।

या आधार जीपीएस और ग्लोनास की तरह ही काम कर सकता है, ऐसी प्रणालियों को हाइपरबोलिक भी कहा जाता है, और यहाँ क्यों: यदि लक्ष्य वस्तु समय-समय पर एक नेविगेशन सिग्नल का उत्सर्जन करती है, और सभी रिसीवर (आधार तत्वों) की घड़ियों को सिंक्रनाइज़ किया जाता है, तो दूरी को सीधे मापा नहीं जा सकता है, लेकिन आप केवल इसका पता लगा सकते हैं आधार तत्वों में से कौन सा करीब या दूर है। यही है, केवल दूरी के अंतर उपलब्ध हैं। और जैसा कि आप स्कूल के पाठ्यक्रम से जानते हैं :

"हाइपरबोला को अंकों के ज्यामितीय स्थान के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, जिसमें अंतर से दो दिए गए बिंदुओं के अंतर का पूर्ण मूल्य, जिसे फ़ॉसी कहा जाता है, निरंतर है"

दूसरे शब्दों में, अगर पानी के नीचे की वस्तु ने एक संकेत उत्सर्जित किया, और हमने इसे दो रिसीवरों पर प्राप्त किया, जिनकी घड़ियों को सिंक्रनाइज़ किया गया है, तो हम कह सकते हैं कि हमारी वस्तु एक हाइपरबोलॉइड (या एक हाइपरबोले पर निहित है अगर यह अचानक हमारी गहराई तक पहुंच गई)। अधिक रिसीवर - अधिक हाइपरबोलस! अधिक हाइपरबोलस - उच्च स्थान सटीकता कोई महल नहीं - कोई महल नहीं ।

और अगर यह पानी के नीचे की वस्तु नहीं है जो विकिरण करती है, लेकिन आधार तत्व, तो पानी के नीचे की वस्तु, इसकी गहराई को जानकर, इसके स्थान को स्वयं निर्धारित कर सकती है, और इसके अलावा, इस मामले में यह किसी को परेशान नहीं करता है और ऐसी कई वस्तुएं हो सकती हैं जैसे वे हैं - वे सिर्फ श्रोता हैं। इस तरह से GPS / GLONASS और हमारे RedWAVE व्यवस्थित हैं ।

और मैंने दो ट्रांसीवर के माध्यम से नेविगेशन का वादा किया, जिनमें से एक वह है जिसकी स्थिति निर्धारित करने की आवश्यकता है।

आइए समझते हैं

दो बिंदुओं के बीच की दूरी $$$A (x_a, y_a, z_a)$ और $$$B (x_b, y_b, z_b)$ तीन आयामी अंतरिक्ष में निर्धारित किया जाता है (आप कभी नहीं जानते हैं, अचानक किसी व्यक्ति को भूल गए) एक साधारण सूत्र द्वारा:

$$

$$d _ {{AB}} = {\ sqrt {(x_a - x_ {b ^ {}}) ^ 2 + (y_a - y_b) ^ 2 + (z_a - z_b) ^ 2}}$$

मान लीजिए हमारे पास एन बेस स्टेशन हैं। मानवीय कारणों से, हम मानते हैं कि उनके निर्देशांक हमें ज्ञात हैं, और हमने दूरियों को मापा $$$d_ {bn}$ बेस स्टेशनों में से प्रत्येक से $$$B_n (x_ {bn}, y_ {bn}, z_ {bn})$ लक्ष्य के लिए T. स्पष्टता के लिए: T लक्ष्य है, और B आधार है।
तो हम किसी भी बिंदु के लिए कर सकते हैं $$$M (x, y, z)$ एक अभिव्यक्ति लिखें जो यह दर्शाता है कि यह कोई भी बिंदु हमारे प्रयोगात्मक माप को कैसे फिट करता है। वास्तव में, यह बिंदु एम से दूरी के आधार बेस स्टेशन और मापा दूरी के बीच अंतर का योग होगा। हम इस अंतर को प्रत्येक वर्ग करेंगे।

$$

$$\ epsilon (x, y, z) = \ sum_ {n = 0} ^ N \ left (\ sqrt {(x - x _ {{bn}}}) ^ 2 + (y - y _ {{bn}}}] ^ 2 + (z - z _ {{bn}}) ^ 2} - d _ {{Tbn}} \ right$$

सामान्य तौर पर, यह कम से कम वर्गों की विधि के लिए आता है, और वांछित बिंदु के निर्देशांक आदर्श रूप से फ़ंक्शन के न्यूनतम होने चाहिए।
अगर हम डिफरेंशियल रेंजफाइंडर विधि के बारे में बात कर रहे हैं, जिसे हम इस लेख में पूरी तरह से अंधाधुंध तरीके से देखेंगे, और प्रत्येक बेस स्टेशन के लिए हमारे पास एक कम दूरी है $$$d_ {bn}$ , और सिग्नल आने का समय $$$t_ {OA}$ , तो त्रुटि के कार्य की अभिव्यक्ति में कोई दूरी नहीं होगी, लेकिन उनके अंतर। एकमात्र अंतर यह है कि आपको बेस स्टेशनों के आवश्यक जोड़े के माध्यम से क्रमबद्ध करना होगा, उदाहरण के लिए, n-th और n + 1-th स्टेशनों के लिए:

$$

$$\ sqrt {(x-x_ {bn}) ^ 2+ (y-y_ {bn}) ^ 2+ (z-z_ {bn}) ^ 2} - \\ \ sqrt {(x-x_ / bn +} 1}) ^ 2+ (y-y_ {bn + 1}) ^ 2+ (z-z_ {bn + 1}) ^ 2} - \\ v (t_ {OAn} -t_ {OAn +})$$

v - यहाँ ध्वनि की गति का अर्थ है, जो संयोगवश स्थिर नहीं है, लेकिन दृढ़ता से माध्यम के घनत्व पर निर्भर करता है, तापमान, लवणता और दबाव पर पढ़ा जाता है। और यदि आप एक वयस्क तरीके से सब कुछ करना चाहते हैं, तो आपको इसे सीधे मापने या इसकी गणना करने की आवश्यकता है, लेकिन इसके बारे में कुछ और समय।

ध्यान दें कि आधुनिक सोनार नेविगेशन सिस्टम में ऑब्जेक्ट्स की गहराई को सीधे और काफी उच्च सटीकता (0.5-2 सेमी) के साथ मापा जाता है, जिसका अर्थ है कि यह कार्य को एक फ्लैट में अनुवाद करने के लिए समझ में आता है।
यह सूचित करना संभव होगा कि अब हम इसे किसी भी अनुकूलन विधि द्वारा हल कर रहे हैं और यहां समाप्त हो रहे हैं। लेकिन, सबसे पहले, सब कुछ इतना सरल नहीं है, और दूसरी बात, सब कुछ इतना जटिल नहीं है।

शुरुआत करते हैं मुश्किलों से

तथ्य यह है कि एक दूसरे के सापेक्ष बेस स्टेशनों की व्यवस्था पर बहुत कुछ निर्भर करता है (यह अभी भी किसी तरह प्रभावित हो सकता है, उदाहरण के लिए, प्रशासनिक तरीकों से =) और पद के ऑब्जेक्ट की स्थिति, आधार के तत्वों के सापेक्ष (यह इस को प्रभावित करने के लिए बहुत अधिक कठिन है, कार्यों की एक विस्तृत श्रृंखला में) शुरू में तैनात वस्तु की स्थिति बहुत ही जानी जाती है और पहले से आधार स्थापित करना लगभग असंभव है)।

स्थिति को चित्र 1 में प्राप्त करें - सुप्रभात के साथ:


चित्र 1 - उनके तीन तत्वों के आधार के लिए त्रुटियों की सतह। आधार के बाहर स्थित वस्तु। झूठी न्यूनतम की उपस्थिति

हरे रंग के सर्कल बेस स्टेशनों की स्थिति का संकेत देते हैं, और तारांकन पोस्ट ऑब्जेक्ट की सही स्थिति को इंगित करता है। डॉट्स का रंग उस बिंदु पर अवशिष्ट फ़ंक्शन (at) के मूल्य को इंगित करता है। जैसा कि एक राजनेता ने कहा, यह स्पष्ट है कि सतह में दो अवसाद हैं, और जब एक न्यूनतम की तलाश होती है तो एक झूठ में गिरना बहुत आसान है। स्थिति और भी खराब है: इस तरह की वस्तुओं की गति, वस्तु की वास्तविक स्थिति और गति की औसत स्थिति को ध्यान में रखते हुए, हम कह सकते हैं कि यह इस स्थिति में लंबे समय तक रहेगा, त्रुटियों की सतह का आकार संरक्षित रहेगा, और इससे वस्तु के स्थान के बारे में गलत आंकड़े प्राप्त होने की संभावना है। ।

नीचे दिया गया एनीमेशन एक समान स्थिति दिखाता है - जब बेस स्टेशनों के बीच एक मिडपॉइंट से खोज शुरू करते हैं, और जब एक नजदीकी स्टेशन से शुरू होता है, तो खोज एक गलत न्यूनतम की ओर जाता है:


चित्र 2 - खोज ने आधार के मध्य बिंदु से शुरू होने पर गलत न्यूनतम हिट किया। तीन तत्वों का आधार

यहां खोज को नेल्डर-मीड एल्गोरिथ्म का उपयोग करके कार्यान्वित किया जाता है , या, जैसा कि इसे भी कहा जाता है, सरल विधि। यह प्रयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, मैटलैब में fminsearch फ़ंक्शन में

यह डेरिवेटिव की गणना की आवश्यकता नहीं है, बहुत ही दृश्य, सहज और लागू करने में आसान है।


चित्र 3 - निकटतम आधार तत्व से शुरू होने पर खोज ने न्यूनतम को हिट किया। तीन तत्वों का आधार

जानकार लोगों को इस बात से नाराज किया जा सकता है कि कोई भी बेस स्टेशन को लाइन पर नहीं रखता है, लेकिन, सबसे पहले, कभी-कभी वे करते हैं, और दूसरी बात, यह अधिक दृश्य प्रदर्शन के लिए एक अतिशयोक्ति है।

"हार पूरी हो गई थी। कुछ भी आविष्कार करना संभव नहीं था "(सी) ए और बी। स्ट्रगत्स्की," सिटी डूमेड "

आप यहां क्या लेकर आ सकते हैं?

लॉजिक बताता है कि आप वैश्विक अनुकूलन के दो तरीकों में से एक का उपयोग कर सकते हैं - नकली एनालिंग या ऐसा ही कुछ। हालाँकि, खोज प्रारंभ बिंदु का चयन करने के लिए एक और (और अधिक उत्पादक) दृष्टिकोण एक पूरी तरह से प्राथमिक जानकारी का उपयोग करने के लिए है।

आखिरकार, हम यह सुनिश्चित करने के लिए जानते हैं कि वांछित बिंदु झूठ (धारणा के एक अंश के साथ) उन केंद्रों में मंडलियों पर है जिनमें आधार केंद्र हैं, और इन मंडलियों की त्रिज्या मापा श्रेणियों के अनुरूप है!

और हम यह भी सुनिश्चित करते हैं कि जलविद्युत में सीमा को मापने में त्रुटि इस सीमा के साथ बढ़ती है: ध्वनि गैर-रैखिक रूप से फैलती है।

आप निकटतम बीकन के न्यूनतम (लगभग, सर्कल पर) को खोजने के लिए शुरुआती बिंदु चुनने की कोशिश कर सकते हैं, उम्मीद करते हैं कि यह दूरी अधिकतम सटीकता के साथ मापा जाता है, और अवशिष्ट फ़ंक्शन के समान मूल्य द्वारा निर्देशित किया जाता है।

उम्मीदवार बिंदुओं के निर्देशांक इस मामले में निम्नलिखित सरल सूत्रों के अनुसार बनाए गए हैं:

$$

$$x = x_ {bc} + d_ {bc} cos \ alpha \\ y = y_ {bc} + d_ {bc} sin \ alpha$$

$$$x_ {bc}$ और $$$y_ {bc}$ - निकटतम (c - निकटतम) बेस स्टेशन के निर्देशांक, $$$d_ {bc}$ - इससे पोज़िशन ऑब्जेक्ट की दूरी। $$$\ अल्फा$ - तर्क (कोण)। यदि आप अब एक न्यूनतम के लिए देखो $$$\ epsilonε$ परिवर्तनीय $$$\ अल्फा$ एक चरण के साथ 0 से 360 डिग्री तक की सीमा में, उदाहरण के लिए, 10 डिग्री की, और फिर इस मान के बगल में 1 डिग्री तक कदम घटाकर और खोज क्षेत्र को 20 (± 10) डिग्री तक सीमित करके, आप बहुत अच्छी तरह से प्रारंभिक मूल्यांकन का निर्धारण कर सकते हैं, जो व्यावहारिक रूप से है सभी मामलों में, यह लगभग तुरंत लक्ष्य को हिट करता है!

नीचे दिए गए चित्रों में, 30 पुनरावृत्तियों के लिए "हेड-ऑन" समाधान विधि एक गलत न्यूनतम में गिर गई, जिससे एक बिल्कुल गलत समाधान हो गया, और प्रारंभिक एक आयामी कम से कम विधि ने लगभग तुरंत हिट किया और 6 पुनरावृत्तियों में ~ 25 सेंटीमीटर के विचलन के साथ वास्तविक स्थिति में पहुंच गया। निकटतम बेस स्टेशन की दूरी ~ 400 मीटर है।


चित्र 4 - खोज ने न्यूनतम को हिट किया


चित्रा 5 - प्रारंभिक एक-आयामी न्यूनता द्वारा प्राप्त बिंदु से शुरू करते समय सही समाधान खोजना


चित्रा 6 - परिणामी समाधान के आसपास बढ़े हुए क्षेत्र। पीला सर्कल प्राप्त समाधान है, हरा तारा वस्तु की वास्तविक स्थिति है

उपरोक्त उदाहरण में, प्रारंभिक खोज स्थिति के प्रारंभिक चयन के बाद पहली पुनरावृत्ति ने वास्तविक स्थिति (क्षेत्र ~ 600x600 मीटर) से 20 मीटर की दूरी पर एक समाधान दिया।
इस स्तर पर, हमने रेंजफाइंडर विधि का पता लगाया, अंतर-रेंजफाइंडर की स्थिति थोड़ी अधिक जटिल है: शुरुआती बिंदु चुनने के लिए इस तरह के स्पष्ट दिशानिर्देश नहीं हैं (सर्कल एक अच्छा आंकड़ा है क्योंकि यह बंद है, और हाइपरबोला खराब है क्योंकि यह अनंत तक जाता है)।
दो ट्रांससेवर्स के "अंडरवाटर जीपीएस" के वादे पर वापस। एक तरह से, मैं निश्चित रूप से चालाक: एक पूर्ण पानी के भीतर जीपीएस के रूप में, यह हमारे पहले लेख से संभव नहीं है, लेकिन अगर आपके पास सही उपकरण खरीदने के लिए पैसा नहीं है, तो कुछ सीमाओं के साथ रखें और विशेष रूप से कार्यों की एक निश्चित सीमा पर निवास करें, फिर भी आप कुछ कर सकते हैं।

एक अक्सर तैनात वस्तु गतिहीन होती है (या कम से कम लापरवाही से धीरे-धीरे चलती है)। ऐसे मामलों में, कई बेस स्टेशनों के बजाय, आप वास्तव में एक का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन आगे बढ़ना: इस दृष्टिकोण को वीएलबीएल या वर्चुअल लॉन्ग बेस कहा जाता है। यदि हमें पानी के नीचे की वस्तु की गति को ट्रैक करने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन बस इसके स्थान को निर्धारित करें, तो यह वही है जो हमें चाहिए।

पोत से मुक्त निर्वहन द्वारा किसी भी निचले उपकरण को स्थापित करते समय अक्सर यह समस्या उत्पन्न होती है। मूर्त गहराई और धाराओं की उपस्थिति के साथ, तल पर उपकरण की वास्तविक स्थिति उस बिंदु की स्थिति से काफी भिन्न हो सकती है जहां इसे डंप किया गया था। यह उपकरण निचले नेविगेशन बेस का एक तत्व भी हो सकता है: पानी के नीचे की वस्तु का स्थान निर्धारित करने के लिए, आपको पहले पानी के नीचे की वस्तु का स्थान निर्धारित करना होगा।

तो वास्तविक दुनिया में यह सब कैसे व्यवस्थित किया जा सकता है?

हमारे प्रयोगात्मक सेट-अप में निम्न शामिल हैं:

• वह वस्तु जो हम जलाशय के तल पर छिपाएंगे : एक स्टैंड-अलोन संस्करण में हमारा RedGTR कोड मॉडेम (यह केवल आधिकारिक लगता है, वास्तव में - एक सील बैटरी बॉक्स से जुड़ा एक मॉडेम); यह फोटो में है:
  
  चित्र 7 - बैटरी कनस्तर के साथ उत्तरदाता बीकन
  
• हमारे अन्य लेख से एक चीनी बेस नाव पर आधारित एक मोबाइल बेस स्टेशन। वह बोर्ड पर, अपने मूल नियंत्रण भरने के अलावा, एक दूसरा RedGTR मॉडेम, एक एंटीना के साथ एक 433 मेगाहर्ट्ज DORJI रेडियो मॉड्यूल, एक होममेड GPS / GLONASS मॉड्यूल है जो कि quectel l76 पर आधारित है, STM32F429 पर आधारित अपनी स्वयं की मातृभूमि (आसानी से NUCLEO-STM429 या STM32F) के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है। मुझे यकीन है कि कोई भी Arduino- जैसा बोर्ड भी करेगा) जो केवल एक राउटर की भूमिका निभाता है: सब कुछ UART के माध्यम से रेडियो चैनल से मॉडेम में जाता है और इसके विपरीत, GPS मॉड्यूल से डेटा को रेडियो चैनल में भी स्ट्रीम किया जाता है।
  
  तो यह विधानसभा की तरह दिखता है:
  
  
  चित्र 8 - परीक्षण वॉटरक्राफ्ट असेंबली की तस्वीर
  
  इस बार हमने एक रॉड को मॉडेम के साथ संलग्न करने के लिए एक प्रकार का ट्रांज़ोम पिन किया, एक स्वतंत्र रूप से रस्सा नाविक के अनुभव ने इस तरह की योजना की शालीनता दोनों को नियंत्रणीयता और उपकरण और नाव की बदलती रिश्तेदार स्थिति के संदर्भ में बताया।
  
  तो यह पकड़ में दिखता है:
  
  
  चित्रा 9 - एक परीक्षण शिल्प की तस्वीर। धरने का दृश्य
  
  सभी देशी सर्किट लगभग अपरिवर्तित रहे, और सभी अतिरिक्त उपकरण 1.2 ए * एच पर एक अलग लीड बैटरी द्वारा संचालित होते हैं।
  
• ऑपरेटर का कंसोल, जिसमें सॉफ्टवेयर वाला एक लैपटॉप और USB के माध्यम से एक प्रतिक्रिया रेडियो मॉड्यूल शामिल है। सॉफ्टवेयर कुछ हद तक जल्दबाजी में है और केवल प्रदर्शन के लिए उपयुक्त है, लेकिन पहले से ही एक मॉडेम के साथ बातचीत करने के लिए एक प्रोटोकॉल लागू किया गया है, एक टीओए सॉल्वर, एक ही नेल्डर-मीड विधि पर आधारित, आधार बिंदुओं का चयन, भौगोलिक स्थानों का सरल ड्राइंग, साथ ही डेटा ट्रांसमिशन के लिए जीपीएस का अनुकरण करने की क्षमता। Google धरती के कुछ एनालॉग।
  
  
  चित्र 10 - "ऑपरेटर कंसोल"। मेज पर टेस्ट रन।
  
  नीले डॉट्स नाव की जीपीएस स्थिति का प्रतिनिधित्व करते हैं, हरे रंग के डॉट्स उन स्थितियों को इंगित करते हैं जहां माप लिया गया था, वर्चुअल बेस तत्वों की स्थिति को सामन द्वारा हाइलाइट किया गया है, और उत्तरदाता बीकन की गणना की गई स्थितियों को लाल रंग में हाइलाइट किया गया है।
  

कौन किसके साथ व्यस्त है?

• मॉडेम जिसे आप ढूंढना चाहते हैं, बस नीचे स्थित है, अनुरोधों को प्राप्त करता है और प्रतिक्रिया करता है;
• नाव पर जो मॉडेम है वह उन कमांड्स को निष्पादित करता है जो UART के माध्यम से आए हैं - अनुरोध भेजता है और UART द्वारा रिपोर्ट के अनुसार प्रतिक्रियाएं प्राप्त करता है
• नाव में STM32F4 के साथ बोर्ड GPS से डेटा प्राप्त करता है और UART के माध्यम से मॉडेम से इसे दूसरे UART द्वारा रेडियो मॉड्यूल पर रीडायरेक्ट करता है, और यह रेडियो मॉड्यूल से मॉडेम तक डेटा को रीडायरेक्ट करता है; रेडियो मॉड्यूल से जुड़ी एक छोटी सी बारीकियों है - यह पूर्ण द्वैध नहीं है (बस हाइड्रोकेकॉनिक = की तरह)), इसलिए बोर्ड जीपीएस मॉड्यूल से आरएमसी संदेश "रखता है" और इसे केवल मॉडेम से संदेश के साथ भेजता है;
• रिमोट कंट्रोल सॉफ्टवेयर पूरी कार्रवाई को नियंत्रित करता है, विभिन्न भौगोलिक स्थानों से लक्ष्य के लिए दूरी पर डेटा एकत्र करता है, इष्टतम आधार का चयन करता है और लक्ष्य का स्थान निर्धारित करता है;

थोड़ा और विस्तृत

मॉडेम के साथ संचार करना NMEA जैसे प्रोटोकॉल के माध्यम से होता है। हमारे कार्य के लिए, केवल तीन संदेशों का उपयोग किया जाता है:

$PTNTE,targetAddr,requestedCmd,timeoutMs*hh

रिमोट से मॉडेम तक। दूरस्थ ग्राहक के लिए targetAddr पर RequestCmd कमांड भेजें, टाइमआउट करने के लिए प्रतिक्रिया टाइमआउट सेट करें।

आदेश अनुमोदित सूची में से कोई भी हो सकता है:

टीम	कोड	विवरण
CDS_CMD_PING	0	पिंग अनुरोध जिसमें दूरस्थ ग्राहक पोंग का जवाब देता है
CDS_CMD_PONG	1	पिंग अनुरोध का जवाब दें
CDS_CMD_DPT	2	रिमोट सब्सक्राइबर को इसकी गहराई प्रेषित करने की आज्ञा दें
CDS_CMD_TMP	3	रिमोट सब्सक्राइबर को इसका तापमान ट्रांसफर करने की आज्ञा दें
CDS_CMD_BAT	4	रिमोट सब्सक्राइबर को उसकी शक्ति के वोल्टेज को प्रसारित करने की कमान
CDS_CMD_USR_0	5	उपयोगकर्ता टीम 1
CDS_CMD_USR_1	6	उपयोगकर्ता टीम 2
...	...	...
CDS_CMD_USR_34	39	उपयोगकर्ता टीम 34

मॉडेम बुनियादी कार्यों का समर्थन करता है: पिंग, संचारण गहराई, पानी का तापमान, बैटरी शक्ति और उपयोगकर्ता कोड कमांड का एक सेट।

मॉडेम तुरंत TNTE कमांड को कमांड को स्वीकार करने या ACK संदेश के साथ निष्पादित करने में असमर्थता के तथ्य के बारे में जवाब देता है:

$PTNT0,errCode

errCode - 0 यदि मॉडेम कमांड को स्वीकार करता है, अन्यथा त्रुटि कोड
यदि मॉडम ने समय में जवाब देने के लिए रिमोट सब्सक्राइबर का इंतजार नहीं किया, तो वह इसे REM_TIMEOUT संदेश के साथ रिपोर्ट करता है जिसमें पैरामीटर क्षेत्र में केवल रिमोट सब्सक्राइबर का पता होता है:

$PTNTB,targetAddr

यदि मॉडेम को समय पर उत्तर मिला है, तो यह REM_PONGEX कमांड के साथ रिपोर्ट करता है, जिसमें निम्न प्रारूप है:

$PTNTD,requestedAddr,requestedCmd,receivedValue_decoded,snrd,dpl,pTime,[dst],[dpt],[tmp]

requestedAddr - अनुरोधित ग्राहक का पता
requestedCmd - अनुरोधित आदेश
receivedValue_decoded - स्वीकृत मान
snrd - dB में रिसीवर आउटपुट पर सिग्नल-टू-शोर अनुपात
dpl - Hz में डॉपलर शिफ्ट
pTime - संकेत प्रसार समय (एक ही रास्ता) सेकंड में
dst - मीटर में ग्राहक की दूरी
dpt - मीटर में मॉडेम की अपनी गहराई
tmp - डिग्री सेल्सियस में पानी के तापमान को अलग करता है

अंतिम तीन पैरामीटर केवल तभी प्रसारित किए जाते हैं जब मॉडेम को एक एकीकृत दबाव / तापमान सेंसर (हमारे विकल्प) के साथ डिज़ाइन किया गया हो।

जीपीएस मॉड्यूल से हम केवल आरएमसी संदेश में रुचि रखते हैं, जहां से हमें वर्तमान भौगोलिक स्थिति मिलती है (हम अंतिम सबसे छोटी - जीजीए या जीएलएल का उपयोग कर सकते हैं)।

सबसे मुश्किल काम - पानी के माध्यम से डेटा संचारित करना और दूरी को मापना - मोडेम द्वारा किया जाता है, नाव की भौगोलिक स्थिति का निर्धारण - जीपीएस मॉड्यूल, बस थोड़ा सा बचा है - इस डेटा का सही ढंग से उपयोग करने के लिए।

NMEA संदेशों की सभी पार्सिंग और निर्माण UCNLNMEA लाइब्रेरी में NMEAParser वर्ग का उपयोग करके किया जाता है।

लैपटॉप पर चलने वाला कंसोल सॉफ़्टवेयर समय-समय पर ग्राहक को आवेदन सेटिंग्स में निर्दिष्ट पते पर REM_PINGEX अनुरोध भेजता है, यह या तो REM_TIMEOUT या REM_PONGEX की प्राप्ति पर करता है। रास्ते के साथ, नाव के निर्देशांक दर्ज किए जाते हैं और दूरस्थ ग्राहक की दूरी और गहराई पर डेटा नाव के निर्देशांक के साथ संग्रहीत किया जाता है जिसमें उन्हें प्राप्त किया गया था।

सामान्य ज्ञान (और अनुभव) हमें बताता है कि एक पानी के नीचे की वस्तु की स्थिति निर्धारित करने के लिए, 3-5 आभासी बेस स्टेशनों की आवश्यकता होती है, और जैसा कि ऊपर की तस्वीरों से देखा जा सकता है, उन्हें किसी भी तरह से स्थित नहीं होना चाहिए।

यही है, निम्न कार्य बनता है: जैसा कि माप प्राप्त किया जाता है, उनमें से कई को एक निश्चित तरीके से नेविगेशन बेस के तत्वों के रूप में चुनना आवश्यक है।

मैं निम्नलिखित विकल्प का प्रस्ताव करता हूं: इस तरह के माप चुनें ताकि वे सबसे उत्तल आकृति का निर्माण करें जो कि पोस्ट की गई वस्तु के अनुमानित स्थान के आसपास वर्णित है।

ऐसा करने के लिए, एक निश्चित बिंदु (प्रारंभिक चरण में, जब यह स्पष्ट नहीं होता है कि कहां स्थित वस्तु है, सभी मापों का मध्य बिंदु ऊपर आएगा, जिसे तब इच्छित वस्तु की स्थिति के पहले सन्निकटन द्वारा बदल दिया जाएगा), और उससे azimuth कोण की गणना करें (उत्तर की दिशा और दिशा के बीच का कोण) बिंदु) प्रत्येक माप बिंदु के लिए। और अब हम कुछ चुन सकते हैं जो परिणामस्वरूप कोण को समान रूप से कवर करेंगे। रिमोट कंट्रोल में, यह विधि द्वारा किया जाता है

 List<Measurement> Measurements.GetBase(); 

जैसे ही डेटा आता है, उस विधि में जहां REM_PONGEX संदेश REM_PONGEX जाता REM_PONGEX , REM_PONGEX माप जोड़ते हैं और नेविगेशन बेस बनाने और इसके साथ नेविगेशन समस्या को हल करने का प्रयास करते हैं। इसके लिए विधि जिम्मेदार है।

 GeoPoint3DWE LocateLBL_NLM(List<Measurements> base, GeoPoint3DWE prevLocation, double rErrorThreshold, out double stStageRErr, out int itCnt); 

आधार स्वयं में इसे स्थानांतरित कर दिया जाता है - माप का वह सेट जिसे हमने नेविगेशन समस्या को हल करने के लिए चुना था, पिछली स्थिति (यदि वहाँ है, तो वांछित वस्तु की गहराई भी वहां प्रेषित होती है), रेडियल त्रुटि थ्रेशोल्ड, और दो नैदानिक ​​आउटपुट पैरामीटर - समाधान के पहले चरण में रेडियल त्रुटि (अनुसार) एक आयामी अनुकूलन) और पुनरावृत्तियों की संख्या, जिसके बाद समाधान दूसरे चरण में प्राप्त किया गया था।

यदि हम जिस समाधान से संतुष्ट हैं, वह एक रेडियल त्रुटि के कारण है, तो हम इस समाधान का उपयोग आधार बनाने के लिए संदर्भ बिंदु के रूप में करेंगे।

और इसलिए जब तक हम थक नहीं जाते तब तक हमें एक समाधान मिलेगा जो हमें संतुष्ट करता है।

LocateLBL_NLM विधि, जैसा कि नाम से पता चलता है, समस्या को हल करता है Nelder-Mead पद्धति का उपयोग करते हुए , यदि पहले कोई समाधान नहीं है, तो पहले से ही एक आयामी अनुकूलन प्रदर्शन करते हैं। वास्तव में, आप पिछले परिणाम से बंधे नहीं हो सकते हैं, लेकिन लगातार एक आयामी अनुकूलन लागू करें - रणनीति अलग हो सकती है और विशिष्ट परिस्थितियों पर निर्भर करती है।

सादगी के लिए, समाधान मीटर में किया जाता है, जिसके लिए, समाधान की शुरुआत से पहले, सभी निर्देशांक को स्थानीय प्रणाली में स्थानांतरित किया जाता है, जिसमें नेविगेशन बेस के मध्य बिंदु पर मूल होता है। हल करने के बाद, परिणाम को भौगोलिक देशांतर और अक्षांश (देशांतर X, और अक्षांश Y है) में वापस अनुवादित किया जाता है। डिग्री को मीटर और बैक में ट्रांसलेट करने के लिए, नेविगेशन क्लास में गेटडिस्टेंस 2 डीड और मेटर्स 2 डिग तरीके शामिल हैं।

लेकिन, जैसा कि आप जानते हैं, अभ्यास के बिना एक सिद्धांत मर चुका है, और यह क्षेत्र प्रयोगों के परिणामों पर आगे बढ़ने का समय है।

आइए व्यावहारिक सत्यापन के साथ सिद्धांत को पुनर्जीवित करें

पुरानी परंपरा के अनुसार, हम पिचुगा नदी के मुहाने पर परीक्षण करते हैं। यह एक सुविधाजनक जगह है, लगभग 30 मीटर तक की गहराई है, और एक जटिल जल क्षेत्र है।

प्रतिवादी प्रकाशस्तंभ एक विशेष टांग "स्टैंड" (फोम फोम बालकनियों और एक एंकर पर लगाया गया है जो पूरी संरचना को सीधा रहने में मदद करते हैं, फ्रेम में शामिल नहीं थे):


चित्र 11 - "निचला स्टेशन" बीकन प्रत्युत्तर

लाइटहाउस की स्थापना को वीडियो पर फिल्माया गया था, उन्हें प्रकाश के साथ थोड़ी गणना नहीं की गई थी और उनके साथ एक टॉर्च लाने के लिए भूल गए, ताकि जमीन के साथ संपर्क का क्षण अंधेरे में छिपा रहे।

जब वे परीक्षण करने वाले थे, उन्होंने नाव को एक नाम दिया:


चित्र 12 - प्राकृतिक वातावरण में "पैलिच"

"पालिचू" ट्रांसॉम पर, नायलॉन संबंधों ने मछली पकड़ने वाली छड़ी से एक टुकड़ा सुरक्षित किया, जिस पर RedGTR मॉडेम स्थित है (ताकि बाहर घूमने और पॉप करने के लिए नहीं)।

प्रयोग में इस तथ्य को समाहित किया गया था कि प्रतिक्षेपक बीकन नीचे स्थापित है, केवल एक छोटा सा फ्लोट बाहर से चिपक जाता है, जबकि "पालिक", तट से नियंत्रित होता है, बड़े क्षेत्रों में पानी के क्षेत्र के चारों ओर चलता है, रिमोट कंट्रोल पीरियड प्रतिवादी से कुछ मांगता है, उदाहरण के लिए, इसकी गहराई। । सभी डेटा लॉग में लिखे गए हैं, और सब कुछ स्क्रीन पर चीजों की वास्तविक स्थिति के अनुसार प्रदर्शित होता है। इस तरह:


चित्र 13 - नाव के प्रक्षेपवक्र के साथ रिमोट कंट्रोल सॉफ़्टवेयर का एक स्क्रीनशॉट और उत्तरदाता बीकन की गणना की गई स्थिति (सर्वोत्तम गणना की गई स्थिति को लाल रंग में दिखाया गया है)

जैसा कि चित्र 13 से देखा जा सकता है, प्रकाशस्तंभ 13.2 मीटर की गहराई पर स्थित था, और इस गहराई पर पानी का तापमान 24.1 ° था।


चित्र 14 - GoogleEarth में प्राप्त पटरियों को आयात करना

इस मामले में एक अच्छा परिणाम प्राप्त करने में ताकत से तैराकी के बारे में 15 मिनट लग गए।
दूसरे प्रयोग में, प्रकाशस्तंभ 16.5 मीटर की गहराई पर स्थापित किया गया था, जहां अपेक्षित कुछ ठंडा - केवल 22.6 डिग्री सेल्सियस।


चित्र 15 - रिमोट कंट्रोल सॉफ्टवेयर की स्क्रीन पर दूसरे प्रयोग में उत्तरदाता बीकन के स्थान को निर्धारित करने का परिणाम है

इस मामले में, हमने समय की तीव्र कमी के कारण सटीकता का सही आकलन नहीं किया (वास्तव में, इन अजीब परीक्षणों ने प्रबंधन के बीच कुछ घर्षण पैदा किया, क्योंकि वे काम से फटे हुए थे), और संतुष्ट थे कि जब जहाज फ्लोट पर गया था (इस पल को पहली बार देखा जा सकता है) ट्रैक ), फिर अपनी स्थिति के संदर्भ में पूरी तरह से सबसे अच्छा समाधान के साथ मेल खाता है, और दूरी गहराई के साथ मेल खाती है (उत्तरदाता की गहराई और पोत पर स्थापित मॉडेम के बीच अंतर के साथ)। जिन बिंदुओं पर बीकन को रीसेट किया गया था, वे निर्धारित किए गए थे, और गणना की स्थिति और डिस्चार्ज बिंदुओं के बीच विसंगति 2-3 मीटर के क्षेत्र में है, जो अतिरिक्त रूप से सिस्टम की संचालनशीलता की पुष्टि करती है।

सामान्य तौर पर, हम कह सकते हैं कि यह सबूत-की अवधारणा सफलतापूर्वक पूरा हो गया है!
हमें सच्ची खुशी और धूप मिली, हम सवालों के जवाब देने और आलोचना सुनने के लिए खुश होंगे!

अंतभाषण

दुखद तथ्य यह है कि इस प्रयोग में इस्तेमाल किए जाने वाले मोडेम, हालांकि हाइड्रोकार्बन संचार के लिए विश्व बाजार के मानकों से बहुत सस्ते हैं, फिर भी शौकीनों के लिए बहुत सुलभ नहीं हैं।

निराधार नहीं होने के लिए, मैं मिस बेंसन के उत्कृष्ट कार्य का लिंक दूंगा, जो कि पीडीएफ के पृष्ठ 54 पर या दस्तावेज़ संख्या के 36 में कुछ सोनार मोडेम के लिए 2010 की कीमतों के साथ एक दिलचस्प प्लेट है। ऐसी बातें। (तालिका में एक छोटी सी त्रुटि है - वह जिस मॉडेम को विकसित कर रहा है उसके लिए रेंज संचार रेंज को मीटर में इंगित किया गया है, जबकि स्तंभ की हेडिंग किमी है)।

अच्छी खबर यह है कि हमने अचानक ऐसे मोडेम विकसित किए हैं जो लगभग सब कुछ एक ही कर सकते हैं (थोड़ा छोटा (वास्तव में, दुनिया में सबसे छोटा, और उनसे पहले सबसे छोटा भी हमारा था - इस लेख से), संचार सीमा कम है , कम संचरण की गति), और हमारे अनुमानों के अनुसार, वे पहले से ही धनी उत्साही लोगों के लिए काफी उत्थान कर रहे हैं। फिलहाल, इलेक्ट्रॉनिक्स और फर्मवेयर पूरी तरह से तैयार हैं, और हम केस सॉल्यूशन पूरा कर रहे हैं। विकास के अंत में, हम एक प्रायोगिक सत्यापन के परिणामों के साथ एक लेख प्रकाशित करेंगे।

चेतावनी! सर्वेक्षण: