Salam, habretchitel tersayang kami!
"Dengan demikian Roh menurun, dan kamar
Memegang gerombolan yang tak terhitung
Luas. "
(C) John Milton, Paradise Lost
Penganut kagal gelap komunikasi dan navigasi bawah laut bekerja siang dan malam untuk membawa komunikasi dan navigasi bawah laut ini kepada massa, dan hari ini salah satu dari mereka, seperti yang dijanjikan, akan melaporkan pekerjaan yang telah dilakukan dan keberhasilan yang dicapai.
Jadi, menurut saya kali ini kita telah mencapai batas fisik dan kemungkinan besar tidak mungkin membuat alat untuk mentransmisikan data digital dengan suara melalui air ke jarak 1000 meter entah bagaimana terasa lebih kecil.
Siapa yang senang dengan topik - maju, untuk sonar kelimpahan, di bawah potongan!
Secara tradisional menyadari bahwa topik komunikasi hidroakustik dan masalah terkait tidak umum bagi semua orang, saya menawarkan satu set kita (dan tidak hanya)
Saya akan menyebutkan secara singkat bahwa di
sini 95% lautan masih belum dijelajahi, dan kesulitannya bukan hanya pada kenyataan bahwa kita
tidak dapat lagi hidup di bawah air, tetapi juga dalam kenyataan bahwa gelombang radio (frekuensi yang memadai) tidak merambat di bawah air, dan karenanya semua , yang mungkin ada di bumi dan di langit dengan bantuan komunikasi radio, menjadi hampir mustahil bahkan di bawah lapisan air yang tipis, dan ya, sebagian besar masih gelap dan berawan di sana.
Umat manusia sedang berusaha keluar, dan saat ini satu-satunya alternatif yang lebih atau kurang luas untuk komunikasi radio di bawah air adalah akustik, atau lebih tepatnya hydroacoustics. Dengan bantuan gelombang suara, yang omong-omong, merambat dalam air lima kali lebih cepat daripada di udara:
Dan mereka hanya mengirimkan data digital, dan sering kali di zaman kita, ini adalah bentuk yang baik untuk menggabungkan transmisi data dengan navigasi.
Perangkat dengan mana data digital ditransmisikan melalui air disebut (anehnya) modem hidroakustik.
Memindahkan suara melalui air memang sulit, tetapi Anda bisa
Untuk memahami mengapa ini sulit, bayangkan bahwa Anda sedang melihat melalui aliran gumaman di koran yang berbaring di bagian bawah dan mencoba membacanya. Semua yang Anda dapat lakukan melalui riak dan silau yang berjalan adalah berita utama. Dengan melelahkan mata Anda, Anda mungkin dapat memahami (bahkan menebak lebih) teks dari subpos secara kasar, untuk memahami apa yang tertulis dalam kolom akan berubah dengan sangat sukses, ketika riak-riak dihaluskan sejenak dan lapisan tipis dari air yang mengalir laminar tetap berada di antara mata dan teks.
Suara dalam air merambat secara nonlinier, mengalami pembengkokan (refraksi), refleksi, penambahan dan pengurangan salinan sinyal yang dipantulkan (gema dan propagasi multipath), pergeseran Doppler, dan juga perluasan dan kompresi spektrum.
Mengikuti analogi kami, semakin besar tajuknya - semakin mudah dibaca, yaitu, semakin rendah kecepatan transmisi - semakin dapat diandalkan koneksi dalam kasus umum, "menebak" apa yang ditulis dalam teks yang lebih kecil dapat dibandingkan dengan pengkodean yang tahan kebisingan (ini membutuhkan waktu dan informasi tambahan) , dan Anda dapat membaca teks yang sangat kecil hanya dalam kondisi baik.
Orang-orang yang dekat dengan komunikasi radio akan memperhatikan bahwa semua kesulitan yang terdaftar melekat pada satu derajat atau lebih dalam saluran radio, namun, perbedaan utama adalah bahwa dalam hidroousous untuk transmisi data, kami memiliki pita di suatu tempat mulai dari 5 hingga 100 kHz dengan peregangan yang sangat tinggi ( pada kenyataannya, ini terasa lebih kecil), dan kontrol ke kepala: jika (plus atau minus) untuk mengirimkan data dalam pita 5-15 kHz, setelah bekerja keras akan mendapatkan 10-20 km, maka pada pita 80-100 kHz dimungkinkan untuk mencapai kisaran 1 km dengan adil bagian dari keberuntungan, karena ketidakseimbangan atenuasi yang kuat Saya gelombang suara dari frekuensi yang berbeda.
Nah dan ya, kecepatan suara sedikit kurang dari kecepatan cahaya - hanya 200.000 kali.
Untuk mengilustrasikan kemampuan modem sonar modern, saya akan memberikan di sini tablet dari
disertasi (halaman 54 di PDF) Bridget Benson, yang sangat populer di kalangan mereka yang berusaha
sia -
sia untuk membuat modem sonar “berlutut”. Tablet ini agak ketinggalan jaman, karena tanggal kerja yang diindikasikan mulai 2010, dan, sayangnya, saya tidak bisa memperbaikinya berdasarkan rumor, oleh karena itu saya kutip tidak berubah:
| Pabrikan | Modem | Band, kHz | Konsumsi Daya (Transmisi), W | Kisaran, km |
|---|
| Aquatec | Aquamodem | 8-16 | 20 | 10 |
| Dspcomm | Aquacomm | 16-30 | bervariasi | 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 |
| Pabrikan | Modem | Konsumsi daya (penerimaan), W | Modulasi | Kecepatan bit | Harga, $ |
|---|
| Aquatec | Aquamodem | 0,6 | DSS | 300-2000 | 7600 |
| Dspcomm | Aquacomm | bervariasi | DSSS / OFDM | 480 | 6600 |
| Triech | Mikronmodem | 0,72 | DSS | 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 | Hak Milik | 9600 | 7000 |
| UCSD | UCSDModem | 0,42 | FSK | 200 | 350 * |
* Perkiraan biaya komponen saja
Apa yang telah berubah sejak 2010? Benthos dibeli oleh Teledyne, Aquatec tidak lagi membuat modem acutic (sekarang hanya melakukannya secara optik pada jarak 1 meter), dan modem EvoLogics, oleh rumor yang telah mencapai saya, telah menjadi jauh lebih murah. Tetapi perubahan paling global dari sudut pandang saya telah terjadi baru-baru ini: modem sonar
muncul di alibab-e. Dengan harga sekitar $ 1.000 - $ 2.000 masing-masing. Ada teknologi di Cina, dan kemungkinan besar telah pindah ke kategori warga sipil. Tuan-tuan dari tablet menerima anggota baru ke dalam jajaran mereka.
Tetapi sementara produsen Cina yang lambat baru saja merilis perangkat seharga $ 1.000 - $ 2.000 masing-masing, DSPComm yang berpengalaman dengan modem dari $ 6.600 telah lama
menulis di situs web mereka bahwa tujuan mereka adalah modem yang lebih murah daripada $ 1.000.
Orang-orang berusaha membuat modem sonar murah
Dan kata kuncinya di sini adalah "murah" - hanya google "Modem akustik bawah air berbiaya rendah". Jika kita membuang banyak tesis, curiga mengulangi tesis B. Benson, maka masih akan ada cukup banyak proyek menarik.
Generalisasi yang menarik menurut saya dibuat oleh kawan-kawan Spanyol. Dalam banyak hal, sangat jujur, tanpa banyak usaha untuk memperindah sesuatu.
Namun kembali ke topik artikel
Produk-produk Cina yang disebutkan menakut-nakuti dengan ketelitian mereka: F120x600, berat 12 kg, 40 watt data push pemancar dengan kecepatan 140 hingga 1200 bit / s pada jarak 20 kilometer. Berkenaan dengan kecepatan transmisi - Saya sarankan selalu melihat batas bawah kisaran.
Modem terkecil (dan termurah) dari yang disajikan dalam tablet -
MicronModem dari spin-off Inggris dari perusahaan New Castle University memiliki dimensi 5679 mm, berat kering 235 gram dan, menurut pabrikan, dapat mengirimkan data pengguna dengan kecepatan 40 bit / s ke jarak hingga 500 meter.
Tidak buruk, tetapi pada tahun 2016 kami merilis
RedLINE kami, yang dengan dimensi 64x62 mm dan berat kering 360 gram dapat mengirimkan data digital pada kecepatan 80 bit / s ke jarak 8000 meter, sementara berdiri jauh lebih murah daripada pesaing, dan bahkan dengan fungsi relai. Dalam banyak hal, adalah mungkin untuk mengemas "roh ke dalam ruangan" dengan sangat erat berkat upaya
StDmitriev , dan sedikit milikku. Ide kami kemudian terbentuk di seluruh
paten .
Berlari kembali
Kami bertanya pada diri sendiri, apa yang terdiri dari modem? Biasanya, antena transceiver terbuat dari satu atau lebih cincin piezoceramic, power amplifier, preamplifier dan filter, serta beberapa jenis prosesor sinyal digital. Sepertinya bukan ilmu roket? Tetapi bahkan dalam roket, biaya semua bahan dan rakitan hanya kurang dari 10% dari biaya roket itu sendiri.
Meskipun teknologi belum mendapatkan status massal, teknologi itu tetap mahal.
Dan kami ingin membeli modem sonar tidak lebih sulit daripada membeli modul Arduino, GPS atau radio.
Apa yang kita lakukan untuk ini? Terus mengeksploitasi paten kami,
StDmitriev kali ini "mendorong roh" ke dalam ruangan yang bahkan lebih kecil, dan saya karenanya mengajukan firmware baru yang sepenuhnya dapat menggunakan besi yang dihasilkan.
Temui
uWAVE ini - modem sonar terkecil dan termurah di dunia
Sekarang arwah penuh sesak dalam sebuah silinder berukuran F40x45 milimeter, yang beratnya tidak melebihi 160 gram. Desis roh memungkinkan Anda untuk mentransfer data dengan kecepatan 78 bit / s pada jarak hingga 1000 meter. Dan modem itu sendiri dapat diaktifkan bahkan dari USB.
Foto-foto berikut membandingkan ukuran RedLINE (kuning) dan uWAVE (merah):
Tapi ini belum semuanya: modem tidak hanya mendukung transmisi yang disebut. saluran transparan dengan pembagian kode pelanggan, tetapi juga mode perintah di mana Anda dapat secara jarak jauh meminta kedalaman, suhu (ada sensor bawaan di papan) dan tegangan catu daya pelanggan jarak jauh dengan pengukuran waktu propagasi sinyal. Dan untuk tugas-tugas telecontrol, 9 perintah kode pengguna disediakan.
Tetapi bahkan ini bukan hal utama, tetapi hal utama adalah kami berhasil memecahkan rekor harga kami sendiri dan harga eceran untuk modem uWAVE adalah $ 480. Ini adalah 6 (ENAM, KARL!) Kali lebih murah daripada rekan bahasa Inggris terdekat, dengan rentang dua kali lebih panjang, dan setengah ukuran lebih banyak. Kami dengan rapi berharap bahwa dengan peningkatan volume produksi, harga dapat dikurangi lebih jauh.
Seperti yang Anda lihat, kami memenuhi harapan 7,6% dari mereka yang memberikan suara di
artikel sebelumnya, dan kisaran harga ini menempati urutan kedua dalam pemungutan suara setelah sejauh ini tidak dapat dicapai $ 100 - $ 200.
Jika seseorang sekarang bisa lebih murah dan lebih murah dengan karakteristik yang sama - Saya memberikan kata-kata saya: Saya segera meninggalkan profesi!Ketika saya berbicara tentang fakta bahwa kita telah mencapai bagian
bawah dari batas fisik dalam ukuran, maksud saya bahwa bahkan jika kita berhasil menyesuaikan semua elektronik dalam volume yang lebih kecil, ukuran cincin yang digunakan tidak akan memungkinkan kita untuk bekerja secara efektif dalam pita frekuensi ini, dan tidak mungkin untuk mencapai energi karakteristik yang ditentukan. Semakin kecil elemen piezoelektrik, semakin buruk memancarkan frekuensi rendah, semakin tinggi frekuensi, semakin pendek jarak komunikasi. Hal-hal seperti itu.
Mengapa semua ini perlu?
“Bukankah milyaran tulang tak dikenal di kuburan tak dikenal menarik bagi kita, menuntut atau mencela kita? Saya melihat miliaran kehidupan manusia di masa lalu, di mana masa muda, keindahan, dan kesenangan hidup langsung mengalir seperti pasir di antara jari - mereka menuntut untuk mengungkap misteri besar waktu, untuk memeranginya! Kemenangan atas ruang adalah kemenangan seiring waktu - itulah sebabnya saya yakin akan kebenaran saya dan dalam kehebatan bisnis yang dikandung! ” (C) I. Efremov, Andromeda Nebula
"Pertama, itu hanya indah ..." (C)
Serius, baru-baru ini topik komunikasi dengan kawanan perangkat otonom, Internet bawah laut, dan hal-hal luar biasa lainnya telah sangat dituntut. Jadi,
kolega membuat perangkat otonom (peluncur) dengan ukuran yang sangat berbeda, yang tidak bermasalah untuk menempatkan produk industri Cina dengan berat 12 kilogram, tetapi sedikit mustahil, dan sangat mustahil untuk menyalakannya dengan perangkat ini, misalnya, lihat
bayi ini
Untuk enak
Saya ingin menceritakan bagaimana kami mengulangi pengalaman dari
artikel sebelumnya, di mana kami menentukan lokasi geografis salah satu modem
RedGTR menggunakan modem lain yang sama, modul GPS dan kapal umpan Cina pada kontrol radio.
Saya menyiapkan
aplikasi sehingga bisa bekerja dengan modem uWAVE, dan firmware onboard kapal itu bahkan tidak perlu diubah.
Protokol antarmuka modem
telah dibuat lebih sederhana.
Karena kurangnya waktu, kami tidak pergi ke
Pichuga yang kami cintai, tetapi puas dengan opsi cadangan -
Yuzhny Pond , waduk air yang kami kenal, dengan kedalaman 2 hingga 1,5 meter.
Kali ini "mercusuar" terletak di rakit isolasi termal yang solid, dan ditenagai oleh Power Bank, seperti yang dapat dilihat pada foto:
Memuat rakit dengan mercusuar di atas kapal:
Momen kerja:
Secara umum, semuanya berjalan seperti yang diharapkan, dan pada akhirnya kami mendapat beberapa trek dengan akurasi lebih dari 1 meter. Seperti ini:
Dan seperti ini:
Foto di atas menunjukkan bagian yang diperbesar dari trek, dan semuanya terlihat sebagai perpanjangan dari reservoir di foto berikut:
Jalur pengukuran ditampilkan dalam warna hijau - titik-titik di mana jarak ke terdakwa diukur, dan di mana ia tertinggal di belakang biru (jalur perahu) koneksi akustik terputus. Alasan untuk ini cukup sederhana dan dangkal - kondisi hidrologi sedemikian rupa sehingga tidak mungkin orang selain orang
gila kota akan menebak untuk memasukkan peralatan tersebut ke dalam reservoir dan mencoba mengirimkan data di sana.
Dalam kedua kasus, mereka mendapat penyimpangan dari posisi nyata mercusuar di wilayah 70-90 sentimeter.
Ini adalah tampilannya di layar aplikasi jarak jauh:
Modem di kapal didukung oleh baterai timbal-asam, tegangannya serta kedalaman dan waktu propagasi ditampilkan di kiri atas, modem "responder" didukung oleh bank daya, tegangannya diharapkan 5 volt, dan kedalamannya 80 cm. Suhu air sesuai permintaan 14.7 ° C, dan menurut responden 13,8 ° C.
Dari prospek yang terkait dengan cabang perangkat ini
- Kami berencana membuat antena pencari arah untuk bekerja dengan uWAVE;
- firmware untuk sistem long-base sudah siap, di mana modem uWAVE bertindak sebagai pinger, dan lokasinya dapat ditentukan menggunakan empat pelampung kecil. Segera setelah kami menyingkirkan tugas saat ini, kami akan mengambil pengembangan kasus dan dewan.
Kesimpulannya
Terima kasih atas perhatian Anda, seperti biasa, kritik dan saran yang baik dipersilahkan!
PS
Dan dia sangat keren, kecil =)
Kami mendapat kesenangan nyata dalam proses mengembangkan modem kami yang paling banyak, ini adalah salah satu momen di mana kami bekerja.
PPS
Keberhasilan perusahaan ditandai oleh minum teh tanpa keluar dari kayak.
