«Родная сестра» радио: гидроакустика. Часть 2

9 4059
+3

Гидрозвуковая связь и передача данных

Ее мы уже немножечко касались в первой части статьи, когда говорили о сверхнизкочастотной передаче информации в системе «колокольно-гидрофонной» связи Грэя.

Разумеется, это далеко не все, что было придумано. Просто специфика этого технического направления оказалась весьма узка, ограничиваясь исключительно подводной средой, в которой можно обнаружить лишь субмарины (по понятным причинам максимально придерживающиеся радиомолчания), исследовательские автономные глубоководные аппараты да аквалангистов.

 

Причем большинство последних, являющихся очень временными и праздными гостями водной стихии, зажимая во рту загубник, лишены возможности что-либо внятно говорить.

Водолазы, так сказать, «промышленного» класса - не в счет, ибо они «привязаны» к поверхности дыхательным шлангом, параллельно с которым нет проблем провести пару проводов хоть для, утрированно говоря, безнаборного телефона.

Все прочее, оказавшееся над поверхностью воды, включая и надводные суда, оказалось прочно охвачено радиосвязью.

 

Однако некоторые эксперименты и системы связи, в том числе класса «вода-воздух», пожалуй, следует упомянуть. Хотя бы потому, что ими еще «зеленым» радиолюбителем в советскую эпоху развлекался не только автор этой статьи.

Первым экспериментальным устройством был электронный гидрофон. То есть обычный двухкаскадный усилитель, нагруженный на высокоомные телефоны ТОН-2 (тогда продавались для «тихого» персонального прослушивания телепередач), на входе которого через метровый коаксиал, прикрепленный к рейке, стоял плотно завернутый в полиэтилен микрофонный динамический капсюль ДЭМШ (их во второй половине 70-х было хоть завались). Такой вот простецкий гидрофон прекрасно «слышал» шум двигателей моторных лодок на дистанции около 5 км. Это было полезно хотя бы по той причине, что на водоеме, кишевшем рыбой и не имевшем сколь-нибудь приличных дорог по берегу, свирепствовала водная рыбоохрана. Вторая польза гидрофона была обнаружена неожиданно: кроме звуков моторных лодок и плещущихся купающихся, вполне явственно были слышны и звуки что-то жующих и роющих в водной растительности «подводных травоядных» типа леща, давая знать, что они где-то рядом.

Поскольку не то что сотовой связи, даже Си-Би еще не было, эксперименты по гидрозвуковой связи «берег-лодка» (заинтересовали тех же рыбнадзоров) и «берег-берег» были продолжены. Сделали два комплекта оборудования «гидрофон + батарейный УНЧ с микрофоном». Последний, мощностью ватта 3...4, нагрузили на гидроизолированный динамик и включали тумблером, отключающим питание гидрофона (чтобы передача с УНЧ не «била в уши» через гидрофон). Попробовали с берега на лодку на дистанции метров 150. Громкость - в норме, разборчивости - ноль. Ничего, разумеется, не зная в ту «безинтернетную» пору о графике потерь звука разной частоты в воде (см.график выше), эмпирически вычислили, что нужно сформировать АЧХ УНЧ с сильно «задавленными» низкими частотами и «задранными» верхними. И тогда получили вполне то, что нужно. «Вполне» потому, что в звуковом канале связи оказалось много достаточно мощных эхосигналов. Максимальная протестированная дальность «берег-берег» в спокойной (т.е. «тихой») воде составила около 250 метров. На этом кончилось каникулярное лето, а на следующий сезон автор навсегда «ушел» в радиосвязь.

 

Теперь-то, со знанием дела, вместо «прямой» акустической связи автор поэкспериментировал бы с «гидро-SSB», мощными гидроизолированными «пищалками» и «органными» гидромикрофонами. Судите сами (возвращаемся к графику потерь звука в воде): если использовать поднесущую, скажем, 10 кГц и только нижнюю боковую полосу (LSB) в 3 кГц, инвертированная верхняя модулирующая частота, становящаяся самой низкой от поднесущей, автоматически получает «прибавку» звукопроводности, а общая передаточная характеристика полосы частот - уже не декадная (300 Гц - 3 кГц при «прямой» гидрозвуковой связи), а примерно пол-октавная (7-9,7 кГц). Причем на этих частотах еще работают обычные концертные микрофоны, но все НЧ-помехи ниже 7 кГц  (пузыри при выдохе аквалангиста, например) становятся не слышны.

 

А что же профессиональная гидрозвуковая связь?

Она вполне себе существует и строится по уже описанному способу модуляции звуковым сигналом (обычно - SSB) ультразвуковой поднесущей на нижнем диапазоне (порядка 20...30 кГц).

 

«Родная сестра» радио: гидроакустика. Часть 2

 

И, учитывая относительное короткодействие гидроакустической связи голосом, обусловленное законами природы (редко - дальше километра-двух) -  вполне сравнима с использованием портативных радиостанций на УКВ. Только - в водной среде. Причем возможна и направленная связь «узкими» диаграммами излучателей (будет минимум отражений на приемном конце), и всенаправленная, если применяются излучатели, близкие к изотропным и не ограничивающие позиции операторов в секторе излучения-приема.

Такой связью, например, пользуются аквалангисты-профессионалы, работая в так называемых «полнолицевых» масках, не требующих удержания загубника.

Нет проблем, если понадобилось оргнизовать кросс-коннект с гидроакустической «портативки» на обычную.

 

«Родная сестра» радио: гидроакустика. Часть 2


«Родная сестра» радио: гидроакустика. Часть 2


Разумеется, что только такая голосовая связь и низкоскоростная (максимум - килобиты в секунду) передача данных возможна с исследовательскими автономными глубоководными аппаратами. Вот где нужны мощные акустические излучатели и технологии для обработки данных: по акустическому каналу бежит минимум необходимой цифровой информации, обрабатываемой и отображаемой современным графическими интерпретирующими софтверными средствами; хоть в 3D.

Собственно, это и делается при гидроакустическом сканировании дна для построения точных и очень красивых донных карт любых водоемов.

 

«Родная сестра» радио: гидроакустика. Часть 2


Кстати, именно по причине очень медленного гидроакустического канала, из автономного (ни к чему не привязанного тросами и кабелями) глубоководного аппарата никак не может быть передано видеоизображение он-лайн. Из космоса его получить - можно, а с глубины всего в несколько метров - нет! Ну, а теперь бегом смотреть голливудские фильмы, где это запросто демонстрируют  :-)  

 

В завершение темы:

Существует и «прямая» НЧ-акустическая связь (например, между погруженной подлодкой и «своим» надводным судном); та самая, с которой в юности экспериментировал автор. Только вот указанные на нее мощности - порядка 400-600 Вт.

Также обнаружена информация о том, что, например, подводные лодки класса «Лос Анджелес», находясь в погруженном состоянии, имеют возможность использовать выбрасываемые на поверхность радио-гидробуи для связи со спутником или самолетом на УКВ. Информация от буя на подлодку передается по гидроакустическому каналу связи, превращая тем самым буй в плавучий межсредовой интерфейс.

 

«Родная сестра» радио: гидроакустика. Часть 2


Ну, и когда уже автор решил, что тема аналогии и взаимодействия радио и гидроакустики окончательно закрыта, он неожиданно обнаружил интересное отечественное и 100%-но утилитарное гидроакустическое решение в сфере передачи данных, подобное по своей сути радиорелейной линии, только - «жидкостной»; с длиной пролетов 200...1000 метров. И другое решение - не применить, так как толстые пласты горных пород, так же, как и вода, радиосигнал попросту не пропускают. Скорость высоконадежной передачи телеметрической информации в этой информационной «эстафетной» линии - всего 100 бит/с. Но для практических целей телеметрии - и этого часто вполне достаточно.

 

«Родная сестра» радио: гидроакустика. Часть 2


DIM


Источник | Опубликовал: DIM


и поделитесь с друзьями в соц сетях:


Комментарии (9)

  1. RA1ALG
    Репутация: (0|0|0)

    многоканальность в ГА сомнительна,сказываются большие фазовые искажения. Интересен сам факт передачи сигнала со смещением спектра в НЧ область для дальней связи и в ВЧ области для ближней связи, при этом можно принимать(иметь приемник) и прямой сигнал и преобразованный,- прямой в ВЧ области даже лучше разборчив!!! Мощности конечно меряются киловатами и прослушиваются на несколько десятков км, применяются в выходном каскаде по 2 шт ГС36Б.

  2. RA1ALG
    Репутация: (0|0|0)

    Для описания процесса распространения звука в воде используются законы лучевой акустики. Здесь чистая геометрия, и основные постулаты:- звук распространяется туда, где его скорость меньше (из Зокона сохранеия энергии), а это зависит от температуры и плотности среды. Важное значение имеет вертикальное распространение скорости звука в воде, а отсюда и дальнее распространение по подводному и приповерхностному звуковому каналу, появляются т.н. ДЗАО, точки каустик и т.п. Но самое интересное, что вода проявляет нелинейные свойства по типу как у полупроводника, другими словами создаются природные преобразователи-смесители и т.п.- об это мало информации. В статье указано об затухании, есть империческая формула для расчета затухания Вдб/км=0,036*F(кгц) в степени 3/2 для Тихого океана наиболее подходит.

     

    1. DIM
      Репутация: (6|6|0)

      Формула эта мне известна. Просто график, почему в гидроакустической связи широко используют модулированное излучение на частотах выше голосовых, мне показался более наглядным даже без учета возможности формирования таким макаром многоканальной передачи. А вот про нелинейные свойства воды я ничего не знал. Отдаленно напоминает способность ионосферы переизлучать радиоизлучение на низкой модуляционной частоте при ее облучении нагревными стендами типа Суры или HAARPа (об этом я вскользь упоминал в статье о первом в мире ионосферном нагревном стенде в пос.Лесной под Москвой)


      --------------------

  3. dodonych
    Репутация: (1|1|0)

    Отличный материал для первого знакомства использования волновых процессов в водной среде для целей связи и локации. И к тому же быстро выполненный!

  4. RA1ALG
    Репутация: (0|0|0)

    Гидроакустика-это вторая наука после астрологии. Третья- это метеорология. Распространение радиоволн на кв в чем -то сходно с распространением звука в водной среде.

    1. DIM
      Репутация: (6|6|0)

      Абсолютно верно. При этом прохождение на КВ - это все-таки относительно объективный прогноз, а вот возникновение звукопроводов в толще воды и их трансформация... Тут точно попахивает в лучшем случае "метеорологической вероятностью"  :-)

       


      --------------------

Добавить комментарий

Похожие новости