Эхолот, теория и практика эхолокации

Если цену и технические навороты эхолота оставить в стороне, то механизм работы данного устройства выглядит так. Сначала формируется электрический импульс в блоке управления, далее импульс передается на датчик. Затем происходит преобразование электрического импульса в ультразвуковую волну, угол направления которой перпендикулярен поверхности воды. Волна проходит сквозь воду, достигает дна, отражается от него и возвращается назад. В конечном итоге ультразвуковая волна преобразуется назад в электрический импульс и обрабатывается блоком управления. Если на пути волны до дна встретились какие либо препятствия (рыбы, водоросли и т.п.) то информация о них также будет включена в итоговый сигнал, который получит датчик. После обработки сигнала блоком информация выводиться на экран справа в виде столбца. Последовательность таких сигналов и формирует изображение, которое перемещается по экрану справа налево.

Важным моментом в работе любого эхолота является скорость перемещения лодки, при которой он будет корректно отображать ситуацию под водой. Излучатель эхолота не отправит следующий импульс, пока не будет получен предыдущий.

Если учесть то, что в наших краях в основном небольшие глубины, где используются бытовые эхолоты, важным фактором становится скорость обработки сигналов процессором эхолота. Модели современных эхолотов работают на скоростях от 10 до 80 км/ч. Если хотите окунуться в расчеты то вот вам данные. Звуковая волна в воде распространяется со скоростью 1500 м/с. Скорость перемещения в лодке и глубину подставляете и получаете нужную цифру. Кроме быстродействия эхолота обязательно нужно смотреть на его дисплей, точнее на разрешение. Высокое разрешение по вертикали позволяет отображать мелкие объекты и поэтому 160 пикселей (или точек) уже вполне хорошее, а если 300 или 320 то такого точно будет достаточно. Разрешение по горизонтали это по сути история сканирования. Если вы используете эхолот на малых скоростях, то вам будет вполне достаточно и 160 пикселей, для больших скоростей лучше купить эхолот с разрешением по горизонтали 320.

Датчики и углы обзора эхолота

Эхолоты могут быть 1, 2, 3, 4 и 6 лучевые. Также бывают и 3D эхолоты (к примеру эхолоты Humminbird). Количество лучей зависит от типа датчика. Основа любого датчика эхолота это искусственный кристалл циркона свинца или титаната бария. Размер и геометрическая форма кристалла и определяют на каких частотах и со сколькими лучами будет работать датчик. Кроме количества лучей обязательно обратите внимание на пиковую и среднюю (RMS) мощность, частоту работы датчика и угол обзора. От части по пиковой мощности можно узнать максимальную глубину эхолокации. Польза от знания средней мощности так же есть. Чем меньше отношение пиковой и средней мощности тем на более больших скоростях сможет работать эхолот.

Современные эхолоты чаще всего используют частоты 50 и 200 кГц. Частота 50 кГц перекочевала в обычные эхолоты от морских судов. У этой частоты большой угол охвата и большая глубина сканирования, но низкое разрешение и плохое определение малых объектов, а также большая чувствительность к помехам. Датчики с 200 кГц предназначены для малых глубин и больших скоростей, они хорошо определяют мелкие объекты и не так чувствительны к помехам, но у них маленькая глубина сканирования и узкий угол охвата (обзора).

В теории звуковая волна, запущенная датчиком, распространяется в воде во все стороны, но ее распространение не является равномерным, т.к. датчик у нас узконаправленный. Мощность сигнала по центральной оси максимальна, чем дальше от этой оси, тем меньше его мощность и совсем на краях сигнал уже невозможно отличить от помех. Угол охвата принято измерять по уровню -10 дБ, т.е. на периферии мощность сигнала в 10 раз меньше чем на центральной оси. Но не стоит думать, что чем больше угол охвата, тем лучше в любом случае. К примеру глубину эхолот определяет по самой высокой точке дна, которая попала в конус луча. И если у 200 кГц датчика с углом 20 градусов на глубине в 10 метров пятно луча будет диаметром 3,5 метра, а у 60-ти градусного 83 кГц пятно будет уже 11,5 метров. Так вот первый может пропустить яму шириной не более 3,5 метров, а второй уже 11,5 метра. Разница ощутима, не правда ли? Небольшой угол охвата у датчика даст более точную картину дна.

Сегодня эхолоты все чаще используются не для сканирования дна, а для поиска рыбы, они так и называются – рыбопоисковые эхолоты (рекомендуем посмотреть эхолоты Lowrance). И для этих целей чаще всего используют двухлучевые датчики. К примеру датчик с частотой 200 кГц и углом 20 гр. сканирует дно, а 83 кГц и 60 гр. занимается поиском рыбы. Центральная ось у обоих лучей одна. На экране рыбы опознанные разными датчика обозначаются по разному. Опознанные узким лучом символы закрашиваются темным, а широким символы прозрачные. Но двухлучевой эхолот не может точно определить положение рыбы, слева она или справа от лодки. С этим справится уже трехлучевой эхолот. Кроме глубины, на котором определилась рыба будет обозначение L или R.

Для более точного определения местоположения рыбы используются четырехлучевые эхолоты. Они отлично подойдут для троллинга (ловли на дорожку). Но в таком эхолоте лучи находятся не на одной оси. Два луча работают как и у двух лучевых эхолотов, а вот два других сканируют под небольшим углом к центральной оси. Частота боковых датчиков обычно 455 гКц, угол 45 градусов. Экран таких эхолотов разделен на три части. В верхней показывается стандартная информация от двухлучевого датчика, а внизу слева и справа данные от высокочастотных боковых датчиков.

Самую полную информацию даст шестилучевой эхолот или 3D эхолот. У него датчик с шестью независимыми излучателями, угол охвата у каждого 16 градусов. Соседние лучи перекрывают друг друга и итоговый угол равен 53 градусов. Такой эхолот максимально точно показывает рельеф дна и расположение рыбы. На экране отрисовывается трехмерная картинка.

Что отображает эхолот на экране

Эхолот это ни в коем случае не телевизор, хотя что то похожее в них есть. Эхолот работает только в движении (смотрим теорию чуть выше). Если лодка стоит на месте и соответственно датчик неподвижен, то на экране вы увидите прямую линию, т.к. сигнал все время будет один и тот же.

Здесь вы видите экран эхолота Humminbird Matrix12. Практически все эхолоты умеют измерять глубину и эти данные они выводят на экран (45 ft-футов). Также у большинства есть встроенный термосенсор в датчик. Температура измеряется в поверхностном слое (56 F по фаренгейту). Если если еще и GPS датчик, то еще вы увидите и скорость своего перемещения (3,1 mph – мили в час). Напряжение питания выводиться внизу по центру (14.0 V). В правом нижнем углу диапазон глубины (60), он выбирается автоматически или вручную. Числа над символами рыб – это на какой глубине они были обнаружены.

Рельеф дна отрисует достаточно точно любой современный эхолот, а вот структуру дна нет. В этом случае все зависит от экрана и мощности эхолота. Для наших глубин большинству эхолотов вполне хватает мощности, а вот с качеством экрана могут быть проблемы. Для более менее нормального отображения структуры дна будет достаточным разрешение в 240 пикселей по вертикали и 4-х оттенках серого. Самым лучшим будет эхолот с цветным экраном. Цветные эхолоты разные структуры дна окрашивают в разные цвета. Но и у ч/б эхолотов есть методы отображения структуры дна.

• White Line – Белой линией на поверхности выделяются самые сильные сигналы, отделяя тем самым придонные структуры от твердого дна.

• Structure ID – Темным отрисовываются сильные отраженные сигналы, слабые светлым оттенком.

• Inverse – Сильные сигналы наоборот показаны светлым. Помогает определить именно слабые сигналы.

• Black – Отображает твердое дно без придонные структур. Используется для точного определения рельефа дна.

Для точного определения придонных структур, в которых может прятаться рыба (а это каряги, растительность, топляки) необходим уже экран с 300 пикселями по вертикали и 10 оттенками серого. Хорошо если эхолот может определять термоклин (граница водных слове с разной температурой). Термоклин может помочь в поиске рыбы.

Рыба на экране эхолота может отображаться или дугами или символами. Системы идентификации рыб совершенствуются с каждым годом и в основе их лежит главный принцип: у каждой рыбы есть воздушный пузырь, он дает очень сильный отраженный сигнал и по уровню этого сигнала можно достаточно точно определить размер рыбы. Но это только принцип, по факту каждый производитель использует массу параметров для определения типа и размера рыбы. Рыба отображается тремя символами обычно: большая, средняя, мелкая.

Дополнительные функции эхолотов

Эхолот в современном представлении это уже не просто прибор для определения глубины. Сейчас он с легкостью определяет структуру дна, придонную структуру, размеры и типы рыб, температуру воды.

Кроме всего этого эхолоты могут оснащаться дополнительным датчиком бокового обзора. Он показывает данные в стороне от текущего курса судна. Дополнительный беспроводной датчик Смарт Каст показывает рельеф дна и рыбу на расстоянии до 30 метров от стоящей лодки. Он также может использоваться при ловле с берега, т.к. не требует постоянного движения. Дополнительный датчик скорости показывает вашу текущую скорость и измеряет пройденное расстояние. Барометрический датчик – показывает данные о давлении воздух, по которым косвенно можно судить о погоде и прогнозировать ее изменения. GPS навигатор и картплоттер показывают ваше текущее местоположение на подробных картах местности, позволяют сохранять координаты с данными о глубине, траектории вашего движения.

Эхолот по частям. Часть 2: Сборка, установка

В этой части я расскажу, что делать с эхолотом после покупки, как укомплектовать, собрать наилучшим образом под Ваши нужды и правильно установить на лодку. Если у Вас уже эхолот установлен и жалоб нет, возможно полезно будет перепроверить правильность установки.

Оснащение эхолота

1. Источник питания. Батарея (В комплект эхолота не входит)

• Обыкновенная необслуживаемая батарея. Ее относительно легко найти в продаже. Главное, убедитесь, что она достаточно свежая. Наиболее удачная емкость батареи для большинства эхолотов 7Ah. Такой батареи для черно-белой модели хватит на 3 дня активной рыбалки, практически не выключая питания. Для питания цветной модели такой аккумулятор протянет приблизительно 2 дня (зависит от яркости экрана, частоты включения, размера экрана и т.д.), что вполне достаточно. Но все же, рекомендую обзавестись на всякий случай второй такой же батареей и спрятать ее где-нибудь в машине, если вдруг, в неподходящий момент «сядет» первая батарея, потому что забыли зарядить ее после прошлой рыбалки, или, если собрались рыбачить больше 3 дней.

В тоже время, если Вы обзавелись серьезной техникой, например, Lowrance HDS-8 c дополнительным блоком Структурсканер и собрали все это в коробке для мобильного использования, что, кстати, реально и очень удобно для использования на «резинках», лучше подойдет 12-ти, а ещё лучше 20-ти Ah аккумулятор.

И наконец, если Вы собираетесь использовать эхолот зимой — лучше купить маленький блок, чтобы собрать 4-х амперный аккумулятор из стандартных батареек. Такой комплект будет легкий, компактный и быстрый (в смысле быстро включаемый и выключаемый), с предельно низким энергопотреблением.

Для стационарного подключения на лодке можно использовать бортовое энергоснабжение. Но в этом случае есть особенности. Например, при неправильном, как оказалось впоследствии, подключении однажды у меня в буквальном смысле слова выгорело пол эхолота в результате скачка напряжения в сети. Что интересно — предохранитель перегорел после разрушения прибора. Еще одной неприятностью может быть отключение питания или перезагрузка эхолота во время завода двигателя. Поэтому стационарную установку лучше доверить специалистам.

Зарядное устройство. Главное — достаточная скорость зарядки и безопасность. Лучшие зарядки на рынке — это СТЕК (Швеция). Отличаются способностью полностью на 100% заряжать батарею. Полностью безопасны — при «переполюсовке» или после полной зарядки сами отключаются, могут заряжать при отрицательных температурах, исключают искрение при подключении клеммы, полностью безопасны для окружающей бортовой электроники во время зарядки источника питания, влагозащитные и ударопрочные. Также, некоторые модели способны восстанавливать «уставшие» батареи и быть безопасным источником питания для 12-ти вольтовой электроники от сети 220В. В своих рекламных материалах СТЕК утверждают, что генераторы наших двигателей заряжают батареи лишь на 80%, постоянный «недозаряд» разрушает батарею, а их зарядное устройство заряжает на 100%. Поэтому они рекомендуют профилактически, время от времени, заряжать все имеющиеся в хозяйстве батареи, с целью продления их службы, не говоря уже о режиме восстановления «уставших» батарей.

Про остальные зарядки не знаю, так как пользуюсь только СТЕК. Мне просто страшновато оставлять «непонятно» работающую подзарядку без присмотра. Я знаю, что если что-то не так, он сам отключится и «уснет» (переключится в режим ожидания), а не вспыхнет в помещении.

2. Струбцина крепления датчика к корме

Второй момент — это достаточная ширина захватной части струбцины. Бывает что транцевая доска настолько широкая, что даже полностью вывинченный болт струбцины все равно не позволяет одеть ее на транец.

3. Коробка-кейс и как все правильно собрать «до кучи»?

Популярный, но, по моему мнению, не самый лучший вариант.
Недостатки: недостаточно устойчивая конструкция (может кувыркнуться), сложно отыскать подходящий размер, относительная дороговизна.
Достоинства: достаточно высокая прочность особенно при минусовых температурах. Такой ящик не боится долгих лет работы под ультрафиолетом и затем на морозе.

Мой способ.

В разобранном виде.

В походном положении.

Достоинства: легко отыскать на хозяйственных рынках, много размеров, видно, что внутри, очень устойчив, невысокая стоимость.
Недостатки: хрупковат на морозе, особенно после нескольких лет эксплуатации под влиянием ультрафиолета. Желательно укрепить дополнительно пластинкой внутреннюю сторону крышки, если устанавливается относительно тяжелая «голова», например HDS-8 или HDS-10 (хотя для такой техники лучше подобрать что-то поприличнее, например, ударопрочный, водозащищенный кейс точно подобранного размера).

За неименем, на первое время можно обойтись и рассмотренным ящиком. При выборе обращайте внимание на качество пластика (желательно максимально эластичный) и, особенно, обращайте внимание на хорошее исполнение боковых застежек. Практика показывает, что ящика хватает на сезон, но учитывая копеечную стоимость и удачную форму все равно, как по мне — оптимальный вариант. Еще удобно, что он прозрачен, и видно все ли на месте не открывая крышку. Для продления жизни ящик можно обмотать по периметру скотчем.

4. Правильная установка датчика-излучателя

Линия транца условно разделяет датчик пополам. Датчик по возможности перпендикулярен поверхности воды или в данном случае земли без наклонов вперед или назад. Гайка затянута в меру сильно, чтобы при ударе позволить датчику откинуться назад. Но в тоже время не очень, чтобы он не подворачивался просто от давления набегающего потока. Кронштейн датчика имеет длинные прорези для сдвигания его вверх или вниз. Изначально поставьте датчик в центр прорезей, чтобы в дальнейшем было место для маневра. Если в ходе рыбалки у Вас вдруг пропало нормальное изображение, первое что Вы должны сделать — это проверить рукой положение и, вообще, наличие датчика. Делать это нужно осторожно, лучше выключив эхолот. Однажды проверяя установку одного мощного датчика я испытал очень неприятные ощущения.

Читайте также:  Бюджетные безынерционные катушки для спиннинга рейтинг лучшие

Два типа установки датчика: стационарный вариант и на струбцине. Струбцина позволяет при необходимости снять датчик и перенести на другую лодку. В тоже время струбцина имеет риск быть незаметно сбитой или сдвинутой в сторону, что может привести к ухудшению изображения.

На гребной лодке без двигателя лучше установить по килевой линии.

Что касается сдвига датчика вправо-влево по транцу (это касается в основном глиссирующих лодок) — здесь все несколько сложнее. Многое зависит от конкретной лодки, точнее от формы и конструкции днища, особенно ее реданов. И место установки определяется каждый раз индивидуально с последующим тестом на воде.

Хорошо установленный трансдюсер (датчик) в идеале должен:

• Держать контакт с дном на любых скоростях при полном вывороте руля вправо-влево на максимально возможной скорости.
• Не влиять на крен лодки.
• Не создавать существенных брызг за кормой, обливающих пассажиров и мотор особенно при заморозках.
• Отображать на максимальной скорости большой косяк рыбы и крупную корягу.
• Быть достаточно защищенным от механического воздействия льдин или жестких водорослей, например чалима (водяного ореха).
• Работа двигателя должна создавать для него минимальные помехи.

Можно порекомендовать одолжить на время у кого-то струбцину и подвигать ее вверх-вниз, вправо-влево. Таким образом, предварительно найти место установки без сверления транца в ненужном месте.

Для качественного изображения на экране, важно:

Точностью наклона вправо — влево можно особо не заморачиваться. Принцип работы такого типа датчиков построен так, что бортовая качка и крен (наклон судна в сторону борта) особо не влияют на показания. В тоже время постоянный неправильный наклон вперед-назад делают изображение как минимум некрасивым. Конечно, если датчик от удара сильно подскочил назад — это естественно отразится на показании глубины (в большую сторону разумеется). Поэтому, если вдруг в знакомом Вам месте глубина стала намного больше, чем было всегда — проверьте, не поднялся ли датчик.

Дуга-рыба. На современных эхолотах со встроенным Бродбенд процессором дуга-рыба будет более толстая, даже скорее объемная. Если вы заметили, что на экране все объекты в толще воды наклонились вперед или назад – это значит, что Ваш датчик наклонился и его нужно поправить.

Для сканирующих датчиков с частотами 800-455 кГц: Датчик без боковых лучей, в принципе, еще менее требовательный к точности всех наклонов (по крайне мере мне так показалось). Но, тем не менее, искажает картинку при качке несколько больше, чем 2Д сонар датчик. И сделать с этим ничего не получиться, кроме как выбирать погоду или курс лодки таким образом, чтобы свести к минимуму качку судна.

Скришот экрана сделанный в открытом море при значительном волнении.

Датчик боковых лучей к наклонам вперед-назад не слишком требователен. Но наклоны вправо-влево ощутимо влияют на картинку в экране. То есть при наклоне на один борт качество изображения, скорее всего, существенно не измениться, просто полоски полезного изображения справа-слева от лодки будут разной величины — одна большая, другая маленькая. Из этого вывод — старайтесь держать лодку в горизонте, то — есть без крена на один борт. Бортовая качка еще больше ухудшает изображение боковых лучей. Выход, как и в случае с датчиком без боковых лучей — погода и курс.

Есть еще одно решение — вынести датчики на буксируемую торпеду. Смысл в том, что лодка живет своей жизнью, а датчики на торпеде своей, более спокойной. Плюс на качество работы меньше влияет поверхностные шумы (волна, турбуленция, пузырьки, и т.д.). Также, это достаточно удобное решение для работы на арендованном, чужом судне с высокой неудобной, порой даже невозможной для установки струбцины кормой.

Лично мой портативный сканирующий эхолот с системой (планшетным компьютером) для создания 3Д карт высокого разрешения и подключения подводной видеокамеры для записи изображения умещается в небольшой герметичный ударопрочный чемоданчик. А торпеда разбирается до обычного пластикового цилиндра. Все это имеет минимальный вес и габариты для наименьшей переплаты за багаж в случаи авиа перелета.

В следующей статье цикла постараюсь, насколько это возможно просто, растолковать: какие частоты и лучи бывают, для чего они нужны, что они нам дают, когда, какие и как использовать. За подготовку материала выражаем благодарность специалисту по установке и настройке морского навигационного оборудования, Орлову Юрию