Добрый день народ
Вот решил построить миниатюрную подводную лодку, управляемую по какому-то радиоканалу
в связи с этим сразу встает множество рзличных интересных задач
одна из них позиционирование
устройство сие подразумевает обратную связь с оператором
таким образом лодка должна передавать иформацию осебе, те. куда смотрит (скажем компас) с какой скоростью перемещается (и куда), на какой глубине
о линиях связи пока говорить не будем (но для общей информции - предполагается 10 мегабитный линк) о потреблении электроенергии тоже (можно использовать свинцовый аккумулято скажем 300 ампер-часов :-) )
так вот вернемся к сути задачи
первая - комас подводой
второй- перемещение. В предидущих темах обсуждались вопросы позицонирования , но GPS не подходит по определению, акселерометры при очень малых скоростях перемещений (0.1 м/с) -сотвтственно очнь малых ускорениях тоже не годятся
Вот такие вот задачки, если они вас не ставят в тупик, то будет очень интересно пообщатся

Определение места объекта под водой - с помощью акустической USBL системы позиционирования. Компас под водой нормально работает. Я использую для компаса датчики от Pewatron. Духсторонняя связь с подводным объектом - по цифровому акустическому каналу связи. Спрашивайте подробнее.

Сначала о компасе
Прекрасно, огромное спасибо.
Результатом поисков оказался датчик Pewatron 6100
Только вот не нашел информации о том, где этот датчик можно купить
щас занимаюсь поисками (если подскажите буду благодарен )
но вот более конкретный вопрос:
Как он себя ведет вблизи от металических предметов, из вашего опыта.
насколько я понял вы их уже вовсю используете, так вот хотелось бы знать их слбые места, а то судя из описания он настолько хороший, что так не бывает :-)

Рядом с металлическими предметами ведет себя так, как и положено магнитному компасу. Т.е. показания искажаются. Нужно правильно датчик располагать. И обязательно - вертикально. Из недостатков могу назвать недостаточно высокое выходное напряжение для прямой оцифровки - приходится еще усилитель ставить. Второй недостаток - ток потребеления. Чтобы уменьшить суммарное потребление в автономных системах я использую ключ для подачи питания на сенсор, когда нужно.

Так, немного проясняется ,спасибо.
С компасом понятно, тут остается несколько конструкторских задч.
Теперь второй пункт
Определение места объекта под водой - с помощью акустической USBL- можно несколько слов из теории?
насколько я понял, это что-то типа эхолота?

Не совсем. Посмотрите здесь http://www.sonardyne.co.uk/theory.htm

понял, спасибо но не подходит, я более склоняюсь к мысли картографировать дно и передавать изображение карты,
таким образом я смогу получить визуальную оценку местоположения,
а так как терминалом пользоватля хочу сделать довольно маощьный компьютер, то на него можно свалить обработку карт,
которые вместе с компасом смогут передавать всю информацию
мне кажется так,
или я не прав?

Так Вам в любом случае место Вашего объекта нужно будет определять, чтобы затем, используя его относительные координаты, привязать положение объекта к карте или пересчитать в абсолютные координаты, уточненные по дифф. GPS. При этом (если Вы внимательно прочитали информацию из моей ссылки), основная вычислительная нагрузка может быть сосредоточена в береговой (бортовой) станции. А на объекте может быть расположен только маячок-ответчик.

К вопросу об ориентации и измерении параметров движения:
существуют так называемые гидроакустические лаги, работающие по
принципу эхолота - одновременно измеряется скорость перемещения по трем осям.
По поводу картографирования дна: лодка - не самолет, зона обзора чрезвычайно мала, сильно зависит от разности глубин дна и погружения, сильно влияют
неровности дна. Для обзора большой поверхности потребуется либо вращать
антенну - что очень долго, либо строить многоканальную систему, что дорого, да и кушает много. Для позиционирования все-таки лучше использовать GPS от поплавка
на поверхности. С этого же поплавка можно вести и обмен с пультом на берегу
по радиоканалу. Обмен через воду - либо медленный из-за низкой несущей частоты,
либо быстрый, но в зоне прямой видимости и недалеко - высокая частота сильно глохнет в воде, особенно в морской. Кстати, где собираетесь плавать - на реке или в море?

Немного дополнительной информации
Предполагается, что лодка должна плавать близко от дна, да еще и в
речной воде - те прозрачность практически никакая,
все эти системы нужны лиш для того, чтобы вконце концов, можно было вернуть лодку назад, поэтому глобальные координатаы с большой точностью как бы и ненужны,
тут главное отследить путь лодки от какой-то начальной точки, чтоб потом можно было пройти его назад.
попловок использовать совсем не хочется, так как есть риск быть вытянутым рыбаками :-)
систма предложеная s_yakov предполагает наличие нескольких маяков, что тоже не очень подходит так как предполагается работа лодки и в судоходных реках тоже
Поэтому из всего вышесказанного могу сделать такие выводы
1- электронный компас ,находящийся снаружи (в самой верхней точке корпуса и приерно в центре горизонтальной проекции лодки)
2- Использование ЛАГа на доплеровском эффекте для определения скорости движения
3- Использование видеокамеры

Первые 2 пункта при совмесной работе дадут примерное расположение лодки от начала отсчета, видеокамера для локального местоопределния
Примрно так
поправте меня если я в чем-то ошибаюсь

В мечтах моих это выглядит так
заряжаю лодку, бросаю в реку
еду домой включаю компьютер и с пивом в руке изучаю водоемы!
ВО КАК!
но как говорится мечты, мечты....
была идея всунуть в лодку пару GSM модулей ,и заплтив только за соедение плавать до разрядки акккумуляторов :-)
но тогда без попловка вообще необойтись, хотя тогда почти неограниченный радиус действия получаем

Идея хорошая.
Но представьте ситуацию - вбухать деньги в такую лодку и при какой-нибудь поломке подарить ее рыбам.
В такой системе должен быть надежный таймер на всплытие.

Вы сами себе противоречите - собираетесь плавать в мутной воде ( уверены - что не ловить рыбу?), а смотреть собираетесь видео. Видео без хорошего света работать
врядли будет, да и со светом увидите не дальше вытянутой руки. Едиственная альтернатива - гидролокатор, но проблемы те же, что и с ориентацией - зона обзора
и потребление.

Да согласен, может показатся что тут полно противоречий, НО...
первое- я хочу плучить максимум информации от подводной лодки, а картинка,даже очень плохого качества и на которой видно не дальше вытянутой руки,согласитесь, для изучения дна всетаки несет довольно много информации

второе- Свет не обязательно должен быть белый. Так уж устроены все современные камеры, основанные на ПЗС матрицах, что они прекрасно видят в ближнем ИК диапазоне

А нащет энерго потреблния- то это одна из последних задач :-) я уже говорил, что можна использовать свинцовый аккумулятор от автомобиля скажем 200-300 А/ч :-)

А нащет гидролокатора- идея очень хорошая,
не подскажете где можно почитать на эту тему
интересует наверное болше- как его можно изготовить не в заводских условия

Классикой в этой области считается книга:
Роберт Дж. Урик "Основы гидроакустики" из серии "Библиотека инженера-гидроакустика". Издавалась несколько раз.
Более новая - А.Н.Яковлев, Г.П.Каблов "Гидролокаторы
ближнего действия" из той-же серии. Вообще, в этой серии много полезного
для Вашей задачи.

Основной трудностью для Вас скорее всего будет задача добывания
гидрофона, поскольку электронику можно действительно сделать на коленке.

Простой выход - купить какой-нибудь рыбацкий эхолот ( их сейчас много
развелось ) и влезть в него.

По поводу ИК-диапазона: а как вода его поглощает?

Для картографирования лучше всего Вам подошел бы локатор бокового обзора. В простейшем случае - всего 2 канала и конструкция может быть весьма коипактной.
Акустическая цифровая связь практически работает под водой на скоростях до 30 кбит/с (до 1 км) и на более высоких скоростях при дистанциях несколько сот метров. В вертикальных и наклонных каналах (Ваш случай) можете ожидать высокие скорости передачи данных.
Я лично против GPS на поплавке - теряется весь смысл использования мобильного автономного аппарата. Если хотите с кабелем и поплавком, то спустите Ваш аппарат с управлением по оптоволокну и все проблемы долой. Таких решений на рынке океанографического оборудования уже много существует.

Насчет электроники "на коленке" - поосторожнее. Как сделаете, так и работать будет..

Если проблем с размерами аппарата нет (там вон свинцовый аккумулятор ставить хотели, значит точно нет :) ) то можно применить стратегию следующего порядка:
1) Измеряем собственную скорость и прочие характеристики дна прямо по курсу.
2) Всплываем на оперативную глубину, выставляем из воды кусочек антенны телефона GlobalStar, заодно получаем по gps координаты.
3) Скидываем по спутнику (ну или если оператор стоит недалеко, то по обычному радио-каналу) карту «местности» и разнообразную телеметрию.
4) В зависимости от степени паранои либо погружаемся и всплываем скажем через 15 минут получать маршрут, либо ждём прихода дальнейшего маршрута с выдвинутой антенной.
5) Повторяем цикл.

Только всё равно, на мой непросвящённый взгляд никакая техника против рыболовных сетей и прочих каряг на дне не поможет.

ХМ....
похоже целая страница постов испарилась
ну да ладно,
так вот поделюсь впечатлениями от найденой мной информации
Гидролокатор бокового обзора (ГБО) в домашних условиях собрать почти не реально, гироакустические лаги тоже (вернее собрать то можно, но вот настройка...)
вот и решил отказатся от гидроаккустических средств позиционирования. Спасибо s_yakov и bve за то что спустили на землю.
Но задача то осталась - нада всего лиш запоминать пройденный путь
и так напомню задачу- есть компас и пока больше ничего нету(GPS уже рассматривалось ранее, и не подходит)
Есть идеи? если есть то милости просим :-)

Не торопитесь "сливать" тему с ГБО. Поищите отечественный гидрофон ПР2. Он имеет форму цилиндра, резонансная частота порядка 100кГц. Таким образом, в области резонанса диаграмма направленности представляет собой сильно сплющенный тороид - как раз то, что нужно для простейшего гбо, если из этого тороида с пом. акстического экранирования сделать сектор. Если использовать два таких сектора по правому и левому борту, то получится нормальный гбо. Канал приема-передачи может быть простейшим, как в эхолоте. Для Вашей задачи как раз то, что нужно. С лагом тоже можно подумать, не все так сложно, если правильно использовать особенности Вашей задачи - ограниченный радиус действия, пониженные требования к точности измерений и др.

Действительно, не надо закрывать тему. Поиск в Гугле по теме"эхолоты рыб"
дает большое количество сайтов с предложениями эхолотов как забугорных, так
и "родных"( в пределах СССР ). Есть предположение, что можно использовать электронику и излучатели таких эхолотов для ГБО или вперед смотреть или еще что.
Если напрячься, то можно замахнуться и на синтезированную апертуру, дабы разрешение по путевой дальности не зависело от расстояния от точки на дне до
Вас. Кстати, некоторые из предлагаемых эхолотов содержат и GPS для привязки.

Всем спасибо за участие, сейчас занимаюсь поиском и обработкой информации по теме гидролокаторов
созреет решение - поделюсь.
но если есть другие идеи, тогда просьба не молчать
С уважением Роман.

Радиоканал с подводным объектом - это вряд-ли пойдет.

Вот именно .
Я вообще не понимаю какие 10Mb через воду.
А если нет широкого канала то и весь смысл теряется.
Т.е. как я понимаю весь кайф заключается в том что бы поставить на аппарат камеру и передавать видео без проводов (через воду) . Скорость будет мизерная. 1кадр за несколько секунд.

Для питания аккумуляторы тоже фигня .
Представте ситуацию как вы их будете менять. Надо смотреть в сторону топливных элементов. Чтобы можно было залить литров 10 спирта или бензина и гонять неделю.

Вобщем моё мнение таково идея афигенно итересная но пока не решится вопрос с передачей видео (хотяб 15кадров/c) без проводов и поплавков про неё можно забыть.

А в чём проблема? На вскидку: лазерная связь, связь на сверх-низких частотах с применением мощных кодеков, пассивная модуляция среды с внешним считыванием (и мощными кодеками), ШПС, СШП и прочие СтрашныеТрёхбуквенныеАббревиатуры (СТА) в конце-концов! :-)

Я как-то так и не смог внятно понять: оператор сидит на берегу или всё-таки дома за компом пиво пьёт? Каков необходимый радиус действия аппаратуры приёма-передачи? От этого мягко говоря сильно зависит выбор схемы решения Вашего вопроса.

Проблема в том, что лазеры требуют поддержания определенного направления, а сверх-низкие частоты - требуют наличия развитых антенных систем. Что Вы имеете ввиду под пассивной модуляцией среды?
Оператор, конечно же, сидит неподалеку в лодке (наиболее типичный случай) или на берегу. Дистанция до аппарарата - до километра. Глубины - не более 15м (примерно так ставилась задача).

Ага и эти антены будут ооооочень большие и скорость будет оооооооооочень маленькая.




Объясните поподробнее где про это можно почитать. Или лучше сразу скажите какую скорость можно обеспечить (что бы лишний раз не читать) . Кроме того какие размеры антен приёмника/передатчика, потребляемая мощность .

Немного разьяснений
из предидущих дискуссий(те которые испарились), я вынес такое решение
между лодкой и оператором, который к стати сидит дома и пьет пиво, есть попловок ретранслятор, обмен информацией между лодкой и поплавком- по звуковому каналу, между попловком и опертором- по GSM каналу или CDMA

далее нащет трафика-
прикинем солько у нас занимает видео скажем 320х240 яркостной сигнал с глубиной 8 бит (1 байт)
получаем 75 кБайт, далее для того чтоб можно было управлять лодкой по видео информации, сжимать видео нада в реальном времени, т.е каждый кадр отдельно
некоторыми методами можно добится сжатия около 100:1, но так ка я не утопист
возьмем 50:1, таким образом, хотелось бы надеятся, что кадр я смогу ужать до 1.5 кбайта отсюда имеем на десяти кадрах 150 кбод, два мобильных CDMA телефона обеспечивают 256к трафик, таким образом с воздушнім каналом разобрались.
Осталось акустический канал в воде- вопрос открытый на данный момент.
Помоему s_yakov в этой же теме говорил что 30 кбод не сложно реализовать (позже надо будет разобраться по серьезней)
и наконец аакумулаторы- 250-300 А/ч и 2.5-3А потребление -около 100ч беспрерывной работы- более чем достаточно

"По моему так"

Т.е. поплавок всё таки будет . (могут унести )
насчёт воздушного канала полностью согласен можна передавать намного больше 150 кбод. В принципе реально получить и 10Mb

Но с акустическим полная фигня

Насчёт потребления 2.5-3А уж очень я сомневаюсь что лодка будет так мало потреблять(разве что маленький катерок с моторчиком без камер и управления)

Ведь вы посчитайте вам надо
1 мотор основной (толкает лодку вперёд)
1 мотор рули глубины
1 мотор рули направления
1 мотор насос для закачки и откачки воды в баласт при погружении/всплытии.

+ энергия для питания электроники.
+ энергия для питания различных датчиков (компас локатор и т.п.)
+ приёмопередатчик (мне кажется потреблять будет прилично)
+ желательно сделать свет (иначе можна будет заблудиться)
Это всё по самому минимуму(уверен что многое забыл).

Может её всё таки привязать, но привязать только к поплавку. В поплавке разместить всё включая аккумулятор. конструкция лодки значительно упростится. Связь по радиоканалу с домом где вы будете пить пиво.

все так, только видео под водой работает плохо - вода мутная обычно. Навигацию обычно осуществляют под водой не по видео, а по сигналам сонаров, эхолотов, лагов и т.п. При этом объем информации для передачи наверх может быть существенно уменьшен. Для практических задач скорости акуст. модема в 20..25кбод вполне достаточно (успешно работают и с более низкими битрэйтами). А картинку нужно передавать только в том случае, если найдено что-либо действительно интересное. В качестве примера вкладываю картинки, переданную по акуст. каналу из под воды в Черном море с глубины 80 м.

s_yakov можно вопрос
Какие реальные параметры картинки ?
И сколько времени передаётся?

очень интресно

To s_yakov
присоединяюсь к вопросу о картинке, и немного его дополню,
с каким светом производилась сьемка, и на каком расстоянии находилась та бочка?
To Pahuchy
привязывать лодку к попловку кабелем не хочется вообще, по этому все надежды на безпроодную связь
to All
да и давно интерисует вопрос о связи
насколько можно использовать проводимость воды для передачи информации ... ну я не знаю, как по проводу,
ведь вода является довольно неплохим проводником, конечно я не имею введу электромагнитные волны, а просто электрические колебания

Передается один кадр секунд 8..15 в зависимости от условий распространения звука. Параметры 320х240х24бит.

Свет - прожектор от аппарата (автофара). Бочка на расстоянии около 5 метров

Опускаем в воду с одной стороны два электрода. Гоним туда синус герц от ста до ста килогерц. Рядышком ставим ещё два провода, воткнутых в осциллограф. Наблюдаем.

вода - это земля. особенно, если она соленая.

До прочтения этого текста я тоже так думал. На выходных попробую проверить описаные результаты.

Хм. Ну вообще-то, если воткнуть выход звуковухи с одной стороны ванны, а вход — с другой, то переменный ток между ними вполне так себе протекает. А вот кидание в ванну монеток, даже при непосредственном прокидывании их между электродов ни к каким видимым на спектрограмме изменениям не приводит. :-)

Так что проводимость воды наверное как-то можно использовать. Предмет дальнейших изысканий.

Бонус — акустические модемы единым блоком.

Спасибо за звуковые модемы и метало-искатели
Если честно, то уже накопилось столько информации, что разгребать и разгребать :-),
но я думаю прорвемся
"Дорогу осилит идущий"

из шпионских рассказов годов 70, были такие системы, когда надо было передать сообщение связному - приходили на озеро "рыбаки", забрасывали "удочки" и передавали по воде сигнал - считалось одним из самых безопасных средств передачи информации. Один недостаток был - необходимо было, чтобы была спокойная погода... при сильном ветре, вроде, это не работало.

В книге Суворова - "Аквариум", вроде, описывается этот способ...

1. Все способы подводной связи упираются в ограниченную дальность с одной стороны и маленькую скорость передачи у подобных систем с другой.
2. Автор темы, как я понял, хочет получить высокую автономность ПЛ, т.е. сконструировать модель натуральной подводной лодки (такой, которые месяцами ходят в автономном плаванье по мировому океану ). Соответственно основные проблемы те-же самые: питание (прежде всего!), глобальная связь. Связь (для такого уровня моделей) вполне можно обеспечить, например с использованием сотовых/спутниковых коммуникаций, т.е. с помощью поплавка-антенны. Основные проблемы мне кажется будут именно с питанием, модель будет представлять собой плавучий аккумулятор с приводами ? Можно попытаться для увеличения автономности использовать всплывающие солнечные батареи или иной принцип зарядки или использовать генераторы/двигатели внутреннего cгорания.

Да, еще на счет вычислительных мощностей. На сколько независимыми от оператора будут действия ПЛ (автопилот, аварийная системы будут?) или оператор будет полностью контролировать все действия?
По этим вещам могут возникнуть проблемы аналогичные по сложности тем, которые решают инженеры НАСА например при проектировании марсоходов.

p.s. От себя могу предложить более реальную в плане реализации идею (полная противоположность ) аэростат/дирижабль, управляемый по радио, напичканый видеокамерами, GPS и т.п. с зарядкой от солн. батарей.

Не переведутся чудаки на земле русской!

Позиционирование утопшей лодки можно осуществить так, как это делается сейчас везде.

Устройство, размещаемое на лодке и работающее, когда ничего не работает.
Такое же утройство на 2-х или 3-х буях (ищем лодку, я полагаю, уже не за компом с пивом, а на речке).

Устройство - это звуковой приемопередатчик, излучающий в воду ответный сигнал при приеме такого же звукового запроса.
По времени от запроса до ответа (с учетом времени обработки сигналов) измеряем время прохождения сигнала от одного устройства до другого. Из этого вычисляем двойное расстояние.
При скорости распространения звука в воде 1400-1500 м/с (http://www.calc.ru/physik.php?a=15) получаем 1,4 мс/метр, что вполне измеряемо современными микропроцессорами.
Для повышения точности мзмерений буи можно синхронизировать по радиоканалу (там скорость в 200 000 раз выше) и измеряя расстояние до них с помощью рулетки и предложенных устройств можно определить фактическую скорость распространения звука в конкретной воде (с учетом температуры, течения и загрязненности).
А как по расстоянию до объекта из разных точек найти объект учили в школе.

To Chupakabra

аэростат/дирижабль

а как ним управлять? маленький ветерок и его сдует

И какого размера нужен балон чтобы нести всё включая солнечные батареи.
Что делать если вы его запустили на определённую высоту батарея села и нет сонца.

И где вообще можно почитать про подобные модели(типа управление, какой газ заправлять и т.п.).

Я где-то пару лет назад встречал подобную любительскую разработку. Завтра поищу, найду - выложу.

Вот тут в начале

Дойдя до пива понял, что метры с милисекундами местами поменял, в результате в 2 раза ошибся (0,667 мс/метр). Но все равно измеряемо.
Это я не со зла!

а если ПЛ сделать автономной
погрузилась - прошла - всплыла - передала что надо - получила команду - итд.
в любом случае обработку аварий и автопилот придётся делать

Нащет дискретности управления лодкой, со всеми вытекающими от сюда последствиями, мне кажется, будет намного сложнее реализовать, чем управление в реальном времени
В этом случае ко всем системам которые и так необходимы(позиционирование, передача информации)
добаляется еще и автопилот
а здесь все уже намного сложнее.
Так если в случае постоянного управления все уперается в технические задачи,
то в случае дискретного управления,возникает еще и ряд теоретических вопросов- вот один такой определение препятствий, определение возможных курсов обхода,а это уже ближе к системам искувственного интелекта
к этому нада еще прибавить один знак для точности определения координат,
у величть точность исполнительных устройств, а такую функцию как взять что-то на дне и поднять на поверхность вообще рализовать (на практике) не представляется возможным

Ха. Посмотрите это (аннотация к статье вроде по теме )

http://www.cta.ru/pdf/2005-2/annotations/0..._annotation.pdf

"Бортовые вычислительные сети автономных подводных роботов"

Если нужно отсканирую всю статью и выложу.

Если б лодка была не подводной и был неограниченный информационный широкополосный (типа видео-) канал, то можно было бы управлять непосредственно. А так без "автопилота" ИМХО не получится. А насчет искусственного интеллекта - для такого медленного устройства и на AVR Mega128 на С можно состряпать довольно приличный алгоритм управления. И это не сложнее чем делать на "колене" гидролокаторы. тем более с ФАР. Для упрощения можно добавить лодки "усы", которыми автоматически "щупать" близкие препятсвия, чтобы не попасть куда-нибудь в сеть или под корягу. Вообщем, задачу надобно решать исходя из своих сил и технологических возможностей.