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.

Основные различия эхолотов

1. Частоты и лучи.

Чем больше лучей, тем шире охват. Частота, на которой работает излучатель, влияет на глубину проникновения сигнала и возможность разделения слабых отражённых сигналов для получения большей детализации. Низкочастотный сигнал имеет большую глубину проникновения, но слабую детализацию и наоборот, высокочастотный сигнал больше подвержен рассеиванию в воде, но обеспечивает более высокую четкость и детализацию. Иными словами, глубина обнаружения подводных объектов и точность их различения при одинаковой мощности излучения зависит от частоты. Частота в данном контексте это количество посылаемых датчиком импульсов в секунду.

🐠 На сегодняшний момент, активно используются следующие частоты:

Так называемая «морская» частота. Разработана для мощного пробивания толщи морской воды. Создает луч порядка 90 градусов, который способен отображать дно на глубинах до 1500 метров. Почему ее луч шире предыдущей частоты? По логике это сделано это для противодействия сбивающему свойству качки. На практике, при включении этой частоты, «щелчки» от датчика становятся редкими, но сильными. Таким образом, этот луч глубже пробивает соленую, более плотную воду. Но думаю, вряд ли Вам пригодится эта частота даже для морской рыбалки на глубинах до 100 метров. Он шире классического 200 кГц неслучайно. В данном случае ширина луча позволит сгладить искажение реальной глубины в результате качки. То есть более широкий луч будет лучше отображать дно, когда судно качает в море. Когда его включать? Тогда, когда 200 частота уже не справляется. Не добивает до дна, соответственно не отображает дно, по причине излишней глубины, качки или скорости движения.

Относительно новая частота, разработана для использования на мелководье. Мелководье, в моем понимании, — это 6м и мельче. При ее включении ширина луча возрастает до 120 градусов (при установке максимальной чувствительности). Соответственно захват дна становиться больше в два раза в сравнении с 200 кГц лучом. С одной стороны хорошо — больше покрытие дна, с другой стороны падает точность прорисовки дна, особенно при прохождении вдоль берегового свала, когда одна сторона луча касается верхнего края бровки, а другая нижнего. Поэтому лучше не злоупотреблять включением этой частоты без надобности. Есть смысл включать ее на откровенно мелких местах — менее 4 метров. Хотя вряд ли это добавит шансов увидеть в стороне стоящую рыбу. Скорее всего она уплывет из-под лодки до того как попадет в зону действия луча. Другое дело, когда ловим в отвес сома на квок или ставриду в море. В два раза шире луч, скорее всего, позволит увидеть снасть или рыбу, не попавшую в более тонкий конус луча 200 кГц. И здесь есть полный смысл пробовать ее применять.

Самая распространенная частота для эхолотов. Работает примерно до 300 метров, создает луч шириной до 60 градусов (при условии установки высокого уровня чувствительности) и наиболее чистую и четкую картинку. Т.е. сам по себе этот луч узкий для более четкой прорисовки дна, но когда мы увеличиваем параметр чувствительности, он расширяется и, соответственно захватывает больше подводных объектов, например рыбы. Для чего это нужно? Понятно, что для поиска рыбы широкий луч это хорошо, но хорошо тоже должно быть в меру. Если луч будет излишне широкий, он будет собирать вообще все подряд вокруг лодки. На экране возникнет каша из массы дуг или рыбок, но понять где это все есть или было будет весьма затруднительно. Но это еще не все. Есть еще один нюанс — если широким лучом прибор будет сканировать дно, то начнутся серьезные неточности между показаниями на экране и настоящим рельефом дна. Особенно при прохождении вдоль берегового свала. Например — если берег и свал от него находится, предположим, по правому борту то правый край нашего излишне широкого луча будет «падать» на верхний край бровки, а левый будет «падать» вниз с бровки. На экране в этом случае будут рисоваться колоссальные, резкие перепады глубины, которых на самом деле нет. Мы просто идем вдоль берегового свала как на верхней схеме с лучами. На вершине свала будет, предположим 2-3 метра, а в низу, предположим, 7-8 и процессор эхолота будет «путается в показаниях» что же нам показать 2 или 5 или 8 метров. Именно поэтому Humminbird и сделал такой «умный» луч. Так что узкий луч это скорее хорошо, если важен в первую очередь точный рельеф дна. Вот еще одна аналогия, чтобы легче понять почему. Представьте себе, что Вам нужно нарисовать какой-то ландшафт. У Вас есть для этого широкая, строительная кисть и тонкий карандаш. Чем будет лучше, четче и точнее рисовать? Опять же повторюсь — особенно это касается прохождения вдоль резкой береговой бровки, когда одна сторона луча касается ее верхней части, а вторая «падает» вниз. Но стоит заметить, что новые частоты 455 и 800 кГц и соответственно лучи уже устроены по другим принципам и при значительной ширине точность изображения дна и донных структур просто потрясающая. Но об этом ниже. Если в Вашем эхолоте есть выбор между 200, 83 и 50 частотами, именно 200 кГц будет основной частотой в подавляющем большинстве случаев на Ваших рыбалках. Остальные две будут только вспомогательными для специальных условий, о которых речь пойдет ниже. Еще стоит сразу предупредить, что три названные частоты одновременно в эхолоте не могут работать. Даже если в меню есть все три, работать одновременно будут только две. В этом случаи при включении обоих эхолот сам поделит экран на два окна. В одном будет картинка с одной частотой, в другом с другой. Какие именно частоты будут у вас работать зависит от датчика и настроек меню эхолота. «Морской» датчик может создавать 200 и 50 частоту, обычный датчик 200 и 83 частоты. То есть все зависит от датчика, а не от «головы».

Для эхолотов нового поколения, внедрены две новые частоты — 455 и 800 кГц.

Позволяет дальше в стороны и глубже пробивать толщу воды, приблизительно процентов на 30 в сравнении с 800-ой частотой. Но несколько уступает в качестве. Точнее — в тонкости прорисовки деталей донных структур.

Несколько сокращает длину боковых лучей и начинает «теряться» на глубине более 18 метров при значительно заиленном дне. С другой стороны, при быстром поиске на полной скорости (разумеется, не на значительных глубинах), я бы предпочел включить именно ее. Потому как, при такой, существенно превышающей остальные, частоте посылания импульса, картинка имеет шанс изобразиться детальнее, чем на 455 частоте, не говоря уже о классических 200, 50, 83 кГц. На практике получается, что 455 кГц все-таки намного чаще применяется, и включать 800 есть смысл только либо на глубинах менее 6 метров или для тонкой прорисовки Даунсканера (нижнего высокочастотного луча), и то до глубины 15 метров. На разделенном экране DownVü хорошо видно, насколько более детальным является изображение подводных объектов, что позволяет даже определять их происхождение и реальную форму.

2. Датчик (Трансдьюсер)

Датчик эхолота (далее преобразователь), является важнейшим элементом эхолота, во многом определяющим его характеристики. Он преобразует энергию электрических высокочастотных импульсов в ультразвуковые колебания и, в то же время, производит обратное преобразование отраженных ультразвуковых сигналов в электрические сигналы. Преобразователь должен быть способен проводить мощные импульсы передатчика, преобразовывая электрические импульсы в звуковые с минимальными потерями мощности. В то же самое время он должен быть достаточно чувствительным, чтобы принять самые слабые из отраженных сигналов. Все это относится к определенной установленной частоте и при этом преобразователь должен игнорировать эхо приходящих на других частотах. Другими словами, преобразователь должен быть очень эффективен. По способу преобразования электрической энергии в звуковую существуют несколько видов преобразователей, но на малых судах в силу их малых размеров прижились только пьезоэлектрические. Основным элементом пьезоэлектрического преобразователя является кристалл титаната бария (встречаются кристаллы и из других материалов) цилиндрической формы с нанесенными на его поверхности металлическими покрытиями. Такой кристалл помещается в металлический или пластиковый корпус и заливается хорошо проводящим звук материалом. Немного подробнее об этом активном элементе преобразователя, как уже сказано выше, искусственный кристалл это цирконат свинца или титанат бария, компоненты смешиваются, а затем формуются. Эта форма помещается в печь, в которой превращается из смеси химикатов в прочный кристалл. Как только кристалл охладится, к двум сторонам кристалла прикрепляются провода. Провода прочно спаяны с поверхностью кристалла, так что кристалл может быть подключен к кабелю преобразователя. Форма кристалла определяет частоту его работы и конический угол. Для круглых кристаллов, используемый большинством эхолотов, толщина определяет его частоту, а диаметр определяет угол конуса или угол зоны обзора. Например, в 192 кГц эхолоте, с коническим углом 20 градусов размеры кристалла приблизительно один дюйм в диаметре, при этом восьми градусный эхолот требует кристалла, диаметр которого несколько дюймов. Итог: больший диаметр кристалла — меньший конический угол. Это причина, почему преобразователь с конусным углом 20 градусов намного меньший, чем преобразователь с конусным углом в 8 градусов, при использовании одинаковой частоты.

Используемые в рыбопоисковых эхолотах преобразователи различаются по следующим признакам:

1. По количеству лучей;
2. По составу данных, которые может поставлять преобразователь
3. По материалу, из которого сделан корпус преобразователя;
4. По месту установки преобразователя на судне.

3. Дисплей эхолота

Экран эхолота (дисплей), является важной частью прибора. Чем чётче картинка, тем легче происходит получение визуальной информации, и тем удобней им пользоваться. Жидкокристаллические дисплеи, подобно шахматной доске, представляют собой сеть крошечных точек (пикселей), темнеющих при попадании на них электрического разряда. Компьютер эхолота формирует изображение на своем экране, затемняя обозначенные пиксели, и оставляя «незаполненными» другие. Количество пикселей на экране определяет насколько детально эхолот сможет отобразить ситуацию под водой. Следует знать, что пиксели располагаются в рядах и колонках и чем больше пикселей в каждой колонке, тем выше разрешение экрана, а следовательно — детальнее изображение. Использование эхолотов с разрешением менее чем в 240 пикселей, уже затрудняет визуальное восприятие (мы говорим о стандартном эхолоте, установленном в лодке), поэтому разрешению экрана при выборе прибора следует уделить особое внимание. Будет ли он монохромным или цветным, зависит уже от ценовой категории прибора. Конечно на цветном экране картинка более яркая и различимая, однако при достаточном разрешении экрана, может быть достаточно и монохромного дисплея. Обычно это недорогие модели без функции GPS (не картплоттеры).

4. Портативный эхолот

Существуют портативные эхолоты, которые выпускаются в двух вариантах: уже собранные и в виде отдельных комплектующих. Если у вас есть второй катер, лодка, или вы просто взяли еще одну лодку напрокат, то можно приобрести отдельный блок питания, датчик-присоску и использовать один и тот же дисплей, подключенный к эхолотам сразу на двух лодках. Такой тип эхолотов может так же оказаться просто находкой для подледной рыбалки.

5. Стандартный эхолот

Обычно в комплектацию стандартного эхолота входят: сам эхолот, кормовая струбцина с датчиком, кабель питания и аккумулятор. Такие эхолоты подходят для использования на разных лодках, в том числе и на разборных лодках (или лодках из пвх). Их плюс — быстрая установка на уже подготовленное и настроенное штатное место. Основное отличие — это мобильная струбцина (см. документацию тут) особой конструкции, механизм которой позволяет уберечь датчик в случае его столкновения с подводным препятствием, или дном.

6. GPS эхолот (картплоттер)

GPS-картплоттер или трекплоттер, это комбинация приборов, включающая в себя сонар, или как его еще называют — глубинный эхолот и спутниковый навигатор для определения координат. На экране картплоттера ваше местоположение указывается на карте, таким образом вы в любой момент можете узнать где именно вы находитесь. GPS-эхолоты с трекплоттер только указывают ваш курс. Сочетание этих приборов позволит сохранить вашу позицию или поможет вернуться на заданное местоположение при отклонении от курса. Например использование картплоттера, позволяет точно выходить на «рыбное» место, которое вы запомнили на карте водоёма, на предыдущей рыбалке.