Украдено с сайта www.echolot-spb.ru

Простыми словами о современных эхолокационных технологиях, или что такое BroadBand, DownScan, StructureScan, CHIRP

Принцип работы эхолота прост. Датчик излучает в воду ультразвуковой сигнал. Тот доходит до препятствия и отражается от него. Датчик принимает отраженный сигнал и фиксирует время, которое прошло между излучением и приемом t. Зная скорость распространения звука в воде v, можно посчитать расстояние до препятствия по формуле S=v*t/2. Почему делим на два? Потому что сигнал прошел двойное расстояние, туда и обратно.

Однако рыболову, желающему в наше время впервые приобрести эхолот, приходится сталкиваться с большим количеством непонятных терминов. 2D сонар с чирпом, даунскан, SideVu, голова идет кругом, и жалко тратить время для перелопачивания большого количества интернет-ресурсов, чтобы во всем разобраться. Поэтому мы решили написать статью, в которой простым языком, в одном месте и по возможности кратко будет рассказано обо всех этих чудесах эхолокации.

Старая добрая классика: Broadband, 2D Sonar

Начнем мы сначала, с классического эхолота. То, что теперь называется BroadBand, 2D, эхолот, широкополосный эхолот, сонар, классический сонар. Технология старая, но не потерявшая своей актуальности! В чем ее особенность?

Особенность в том, что датчик излучает сигнал в форме конуса. Выглядит это примерно так:

Здесь показан пример двухлучевого эхолота с лучами 20 и 60 градусов. Более широкий луч просвечивает больший объем воды и видит больше рыбы. Зато в этом луче не видеть ничего на дне, кроме плавного изменения глубины, все детали дна замываются. Узкий луч рисует дно более подробно, чем широкий, но рыбу ищет хуже.

Рыба на экране классического эхолота показывается в виде дуг. На рисунке ниже показано, почему так происходит.

Пусть лодка движется, а рыба неподвижна. Рыба попадает в край луча в точке А, затем проходит через центр В и затем выходит из луча в точке С. В  моменты А и С рыба находится дальше от датчика, чем в момент В, когда рыба близка к оси конуса излучения (в этот момент расстояние от рыбы до датчика минимально). Так и образуется дуга на экране.

Преимущества классического эхолота: большой объем просвечиваемой датчиком воды, легче найти рыбу, светит глубоко (несколько сотен метров – не проблема).

Недостатки классического эхолота:

1. Низкая детализация дна. Все выделяющиеся объекты, размеры которых меньше размера пятна, “подсвечиваемого” на дне, будут видны на экране как плавный холм с размерами около размера пятна. Вся детализация потеряется.
2. Невозможно понять, в каком направлении находится рыба или любой объект, от которого отразился сигнал, известно только расстояние до нее.
3. Кроме того, недостатком классического эхолота является наличие мертвых зон. Если, например, глубина начинает резко увеличиваться, то сигнал отражается от верхней бровки, а ниже бровки все объекты не показываются. Если на ровном дне стоит высокий узкий камень, то сигнал отражается от вершины камня, и рыба, стоящая на дне у камня, не видна.

Мертвая зона существует даже при ровном дне. На рисунке показано, какая рыба будет видна на экране эхолота, а какая сохранит свое присутствие в тайне, потому что находится в мертвой зоне.

 

 

Что такое нижнее сканирование

Мысль конструкторов не стояла на месте, и несколько лет назад появились принципиально другие эхолоты, форма луча которых напоминает не конус, а дольку лимона.

На рисунке представлен пример эхолота, совмещающего в себе один классический луч, и один луч нижнего сканирования. Здесь необходимо сказать, что разные производители по-разному называют эту технологию. У Garmin это СlearVu   (Vu – видимо, от View), у Lowrance это DownScan, у Humminbird – DownImage. Но суть везде одна: датчик излучает луч не в форме конуса, а в очень узком в продольном и широком в поперечном направлении. Что получает при этом рыболов, и что он теряет?

Проще начать с того, что теряется. Объем просвечиваемой воды гораздо меньше, чем в случае классического эхолота. Поэтому, если вы ловите с якоря, в луч будет попадать гораздо меньше рыбы. В продольном направлении угол раствора луча составляет буквально несколько градусов, шаг вперед-назад, и рыба в луч не попадает. При ловле с якоря DownScan ничего не дает, и в этом случае лучше пользоваться обычной классикой.

Совсем другое дело при ловле в движении или во время поиска рыбы. Тут преимущества DownScan проявляются во всей красе. За счет того, что луч в направлении движения лодки очень узкий, разрешение картинки у DownScan гораздо выше, чем у классического эхолота.

Пример картинки с Lowrance Elite DSi. Детализация, при которой на затопленных деревьях видна каждая веточка. Для классического эхолота такая детализация недостижима в принципе. Вместо дерева на экране был бы размытый бугор.

 

Еще один пример – упавшее дерево на DownScan. А под ним стоит стая рыб. 

Не будем перегружать статью красотами подводного мира, любой желающий может самостоятельно набрать в строке поиска браузера DownScan Imaging и насладиться видами затопленных кораблей, автомобилей, мостов, деревьев, камней и прочего.

Но как же DownScan отображает рыбу? В случае классического эхолота рыба показывалась дугами. Рыба входила в конус, проплывала его за довольно продолжительное время (или конус проходил через рыбу), за это время рисовалась дуга. Теперь конуса нет, луч узкий, при движении лодки рыба попадает в луч на короткое время и тут же выходит из него. И на экране эхолота она видна не как дуга, а как пятно. Стая малька может выглядеть как облачко. Пример ниже.

 

Слева на экране панель классического эхолота, справа – DownScan. Видно, что классический эхолот даже не отделил рыбу от дна, возможно из-за того, что рыба находится в мертвой зоне. Однако DownScan при проходе поперек бровки четко показал как стайку мелочи (показана зелеными стрелками), так и отдельных более крупных рыб (показаны черными стрелками).

Если рыба крупная, и удачно сориентирована по отношению к лучу, то можно наблюдать и такую картинку:

 

Размер пятна рыбы на экране зависит от времени пересечения рыбой луча DownScan. Чем крупнее рыба, и чем медленнее она движется относительно лодки, тем след крупнее.

Как видите, качество изображения по сравнению с классикой отличается как день от ночи. Необходимо отметить, что для наилучших результатов при использовании технологии DownScan лодка должна двигаться медленно и равномерно, чтобы луч DownScan работал как оптический сенсор копировального аппарата.

Преимущества DownScan:

1. Детализация.
2. Детализация.
3. Детализация

Недостатки DownScan:

1. Просвечивает меньший объем воды по сравнению с классическим эхолотом.
2. Луч DownScan не проникает так глубоко, как луч классического эхолота, всего до 90-100 метров. Для нашей страны и рыбалки в реках и озерах это не очень актуально.

Пример приборов, совмещающих классический сонар и нижнее сканирование: Garmin Striker Vivid 4cv  и эхолот-картплоттер Garmin Echomap UHD 63cv .

 

Что такое боковое сканирование

 

Возьмем два луча DownScan и направим их не вниз, а направо и налево. Мы получили боковое сканирование. И снова необходимо сказать, что разные производители по-разному называют эту технологию. У Garmin это SideVu, у Lowrance это StructureScan, у Humminbird – SideImage. Названия разные, суть одна.

На рисунке показан пример эхолота, имеющего в арсенале двухлучевую классическую часть и два луча бокового сканирования. На самом деле датчики бокового сканирования обычно включают в себя и нижнее сканирование, но сейчас это неважно. Итак, мы видим два узких луча, светящих в стороны от лодки. Как показать на экране все богатство информации, которую получает теперь эхолот? Для этого придется сменить точку зрения. :) Если в случае классики и нижнего сканирования мы смотрели на толщу воды сбоку, то теперь смотрим на воду сверху. Если раньше лодка на экране находилась вверху справа, а развертка осуществлялась справа налево, то теперь лодка находится в верхней части экрана посередине, а развертка идет вниз.

Рассмотрим подробнее, что показывает нам экран эхолота, работающего в режиме StructureScan.

Вот пример такой картинки. Развертка, напоминаем, сверху вниз, лодка наверху посередине экрана. Формируется такая картинка следующим образом. Столб воды вместе с дном по обе стороны от лодки развертывается в одну плоскость и показывается на экране.

В результате от середины (A)  экрана в обе стороны до точки (С) показан столб воды (B) под лодкой. Он отображен темной полосой посередине экрана. Полуширина этой полосы равна глубине. На нашем примере на рис. 10 глубина составляет примерно 30 футов. Дальше к краям экрана уходит дно. Обратите внимание, что стоящие на нем объекты отбрасывают тени, как будто мы светим фонарем в стороны от лодки. Собственно, мы им и светим, только фонарь у нас не оптический, а ультразвуковой. Более светлые места на экране – это участки, от которых луч отразился сильнее. Темные участки – это тени от возвышающихся объектов, от них луч отразился слабее. Получается будто мы смотрим на осушенное дно сверху, подсвечивая его сбоку, видим все объекты на дне с отбрасываемыми ими тенями, а вода куда-то исчезла. На нашем примере на рис. 10 слева от лодки мы видим крупные валуны и стволы деревьев, а справа – отдельно стоящие затопленные деревья с ветками.

Как и в случае с DownScan, отсылаем читателя в поиск по интернету для ознакомления с другими красивыми картинками со StructureScan, здесь лишь кратко остановимся на том, как StructureScan показывает рыбу.

Стаи рыбьей мелочи прямо под лодкой на StructureScan (слева), DownScan (справа наверху) и классический эхолот (справа внизу). Автор снимка предполагает, что форма этих стай в виде полумесяцев  прямо указывает на то, что на мелкую рыбу охотится крупная рыба, и мелочь старается увернуться. Помним видео охоты марлинов на стаю мелкой сельди, и как стая изменяет форму при атаках хищника? Вот тут тоже самое.

На рис.12 глубина около 15 футов. Слева в боковом луче видна стая рыбы в толще воды (в толще, потому что теней не видно, они за границей экрана). Справа видны светлые черточки с тенями – более крупная рыба у дна.

Как видно из приведенных примеров, идентификация рыбы на DownScan и StructureScan более сложна, чем на классическом эхолоте. Тут вам нет никаких четких дуг, и тем более режима Fish ID. Интерпретация картинки требует определенного опыта. Здесь я не буду распространяться далее на эту тему, желающим узнать больше советую познакомиться со статьями Сергея Никулина   Видовая идентификация рыб с помощью рыбопоисковых технологий Lowrance — НАВІОНІКА - GPS-навігатори Garmin, спортивні годинники Garmin, морська навігація і ехолоти для риболовлі Lowrance, Garmin (navionika.com)   и “StructureScan: next level” .

Примеры эхолотов/картплоттеров с технологией StructureScan: Lowrance Elite-7 Ti2 с датчиком Active Imaging 3-in-1 , картплоттер Lowrance HDS-9 Live c датчиком Active Imaging 3-in-1 .

 

Что такое CHIRP?

Ну и наконец последнее, о чем мы поговорим в этой статье, это технология CHIRP. Предыдущие технологии отличались друг от друга формой и направлением луча. CHIRP же – это не про луч, а про частоту излучения сигнала. CHIRP расшифровывается как Compressed High-Intensity Radiated Pulse  - сжатый высоко-интенсивный излученный импульс. Эхолот без CHIRP излучает короткие импульсы на одной частоте. Эхолот CHIRP излучает более длинный сигнал в диапазоне частот (частотно-модулированный сигнал).

Что это дает рыболову? Прибор обрабатывает отраженный сигнал сразу на нескольких частотах и извлекает из него больше информации. По утверждению производителей при этом улучшается шумоподавление, растет чувствительность, становится возможным различать рядом стоящих отдельных рыб (улучшается разделение целей). На практике же разница между эхолотами без CHIRP и с ним невелика, особенно на небольших глубинах. По крайней мере нам не удалось найти источники, в которых ясно демонстрируется безоговорочное преимущество CHIRP в сравнительном анализе с эхолотом без CHIRP.

На рис. 13 показан пример сравнения . Слева – картинка с CHIRP, справа – с обычного эхолота на частоте 145 кГц. Никакой разницы не видно. У дна стоит стая некрупной рыбы.

В настоящее время практически все эхолоты используют технологию CHIRP, причем как в классическом сонаре, так и в нижнем и боковом сканированиях.

 

 

Заключение

Цель статьи – дать краткое описание современных эхолокационных технологий, используемых  в современных эхолотах, со сжатым описанием их возможностей. Надеемся, что эта цель достигнута. Нужно понимать, что тема эта очень обширна, написано множество статей, описаний, а на рыболовных форумах темы с обсуждениями способов использования и совместного разглядывания картинок с DS и SS занимают не одну сотню страниц. Мы же надеемся, что после прочтения этой статьи  читатель не будет путаться в терминологии и спокойно разберется в заинтересовавших его тонкостях