Бояр С.

В Интернет - «общалках» можно встретить обсуждение вопроса приблизительно такого содержания: «"Видит или не видит" эхолот сома, сидящего под корягой на дне?». Или утверждение: «А я различаю вольфрамовую мормышку диаметром 2 миллиметра на глубине ...» Насколько это все реально? Насколько можно доверять «волшебной» картинке на экране эхолота?

Автор ни в коем случае не ставит перед собой задачу посеять сомнение в рыбацких рядах о необходимости эхолота на борту своей лодки. Автор сам использует различные модели эхолотов уже длительное время и отказываться не собирается. Просто предлагается взглянуть на работу эхолота под несколько иным углом зрения и оценить его возможности с помощью современных научных приборов.

В последние годы рыболовный или рыбопоисковый эхолот превратился из престижной заграничной игрушки «новых русских рыболовов» в реального, действенного помощника продвинутого рыбака. Как правило, на серьезно оснащенных рыболовных катерах располагаются рядом два крайне необходимых навигационных прибора - GPS навигатор (или у более оснащенных - картплоттер) и эхолот, или несколько, функционально дополняющих друг друга. Совмещая получаемую от приборов информацию, адекватно ее трактуя, можно уверенно добраться до цели, даже в сложных метео и гидрологических условиях, поймать рыбу, а также избежать некоторых неприятных моментов на неизвестной акватории, благодаря наличию информации о глубине под килем в реальном времени.

Общие принципы работы эхолотов «проходились» еще в школьном курсе физики. Современные любительские приборы, естественно, «унаследовали» эти принципы, став при этом значительно компактнее, надежнее, проще в управлении и обслуживании. Появился богатый сервис, так как схемные решения выполнены на современной элементной базе с привлечением новейших средств программного обеспечения.

Продвигая товар на наш рыболовный рынок, дилеры и популярные СМИ в описаниях работы различных моделей эхолотов не всегда бывают корректны. Это создает у пользователей несколько искаженное представление о реальных возможностях ЛЮБИТЕЛЬСКИХ ЭХОЛОТОВ.

Основной упор в рекламных и сопроводительных документах делается на параметры жидкокристаллических дисплеев, а также на мощность излучения. Так ли это важно потребителю?

Разумеется, что большой ( или даже цветной) дисплей с большим числом пикселей на единицу поверхности очень радует глаз, особенно, если отображает какие-нибудь динамичные события, разворачивающиеся в подводном мире, сопровождая их постоянной звуковой сигнализацией. Можно с уверенностью предположить, что возможности жидкокристаллических дисплеев превышают в настоящее время возможности ультразвукового и электрического трактов прибора.

Оценим в этой связи фактор роста мощности импульса. Более существенная мощность в импульсе ультразвукового сигнала (УЗ) - это новый небольшой шаг в повышении разрешающей способности и «дальнобойности» эхолота. Однако пользователь оценить последствия повышенной мощности практически не может, так как добавка информации на экране эхолота совсем незначительна.

На что же предлагается обратить внимание? Главные вопросы таковы: достоверно ли то, что изображается на экране; однозначно ли можно трактовать то, что появляется на экране; как именно трактовать полученное изображение?

Вопросы эти не случайны, а возникли на основе вполне реальных событий...

Оснастившись несколько лет назад современными, по тому времени, приборами, HUMMINBIRD 150 и 350ХТ соответственно, мы, тремя экипажами, прибыли на открытие сезона на одно из озер Карельского перешейка. В третьем экипаже проходил испытание самодельный прибор (глубиномер с цифровой индикацией).

Остановившись на пологом песчаном берегу, разбили лагерь. Рыба, по имеющимся данным, должна была ловиться недалеко от противоположного берега бухты, немного не доходя до скального выступа.

Быстро подготовив лодки и спустив их на воду, устанавливаем в соответствии с инструкцией датчики приборов и сами эхолоты. Включаем, делаем предварительную настройку и направляемся к противоположному берегу. Основную часть пути приборы радовали своими картинками с рельефом дна и массой рыбы на экране, но мы упорно стремились

в уже изученное в прошлый приезд место. Проходя невдалеке от скального выступа, обращаем внимание, что приборы на всех лодках начали «глючить!!!», показывая все, что угодно, кроме истинной глубины. Благодаря очень прозрачной воде, куски гранита, недавно отколовшиеся от скалы, были хорошо видны на глубине не более 4-х -5-ти метров, а эхолот временами показывал то 50 , то 150 метров. Откуда взяться такой глубине в озере, если в нем никогда больше 30 метров не было? Проблема эхолотов нас правда волновала не долго, а ... до первой поклевки.

К вопросу о глубине вернулись уже у вечернего костра. Мнение коллектива, а в его составе были дипломированные радиоинженеры и практикующие специалисты в области электро и радиоизмерений, было, можно сказать, единым. Эхолоты здесь не при чем, во всем виноват рельеф дна! Убедиться в своих предположениях мы смогли уже вечером следующего дня, когда по соседству с нами обосновалась компания, приехавшая на подводную охоту. Взятые напрокат (за копченого судачка) ласты и маска позволили быстро установить истину, и все расставили по местам. На дне обнаружилось причудливое нагро­мождение гранитных глыб, по всей видимости, недавно отколовшихся от скалы и еще не успевших обрасти и покрыться илом.Подобное поведение эхолота было замечено нами и при других обстоятельствах, в другое время и в другом месте: при подходе к берегу, где рас­ширяются границы нашего города. Сухопутные территории отвоевывались у залива путем сброса строительного мусора в виде разных железобетонных конструкций. На обломках плит эхолот «глючил», а за «незамеченные» куски арматуры мы поплатились небольшими ранами на винте.

ЧТО ПРОИСХОДИЛО С ЭХОЛОТАМИ?

Ответ на этот мучивший нас вопрос мы нашли на «хирургическом столе», а именно, в лаборатории контрольно-измерительных приборов солидного НИИ. Технические возможности и разнообразие имевшегося там научного оборудования позволили нам изрядно «помучить» наш эхолот, а заодно и сотрудников лаборатории. Теперь мы хотим поделиться результатами нашего «обследования» со всеми читателями журналаю.

Для упрощения рассмотрения и большей наглядности возьмем одно-лучевой эхолот, который работает только в режиме глубиномера, или работу центрального луча в 2-х , 3-х лучевых приборах HUMMINBIRD.

Есть все основания полагать, что электрические параметры центрального луча современных любительских эхолотов рождались, как некий баланс компромиссов: компактности, дальнобойности, разрешения, достоверности изображения рельефа и фауны-флоры, а также мобильности. Это определило выбор диапазона, позволяющего получить наиболее оптимальное решение и создать эхолот, отвечающий интересам любителей рыбалки.

Вспомнить кое-что полезное из физики.

1. Простые эхолоты (любительские)

- это импульсные приборы. Ультразвуковой сигнал (УЗ) не исходит из датчика постоянно, а излучается импульсами - посылками. Длительность импульса порядка 35 - 50 микросекунд. Высокочастотный генератор посылает на излучатель порядка 10-20 колебаний, после чего «затыкается».

2. Излучатель сигнала, по совместительству являющийся и приемником, формирует достаточно остронаправленный, конусный луч УЗ, частотой 50 - 200 кГц. Угол этого конуса определяется геометрическими размерами излучателя и находится в пределах от 8 до 20 градусов. КПД используемых в этих целях пьезоэлектрики или пьезокерамики не превышает 0,7 - 0,8. Будем исходить из того, что мощность УЗ излучения равномерно распределяется как в вертикальном направлении, т.е. в глубину водоема, так и по площади «пятна», которое образует конусный луч УЗ на поверхности дна.

3. Как всем известно, УЗ в воде затухает (теряет свою мощность) по ряду причин. Это, так называемое, вязкое затухание. Имеют место явления рефракции и реверберации. При этом нет разницы, происходило ли это при посылке сигнала или при отражении его. В чистой, пресной воде затухание наименьшее. Чем больше в воде примесей, взвесей и микроорганики, тем затухание выше.

4. Имеется зависимость между температурой воды и скоростью звука в ней, а именно, при повышении температуры скорость звука в воде увеличивается (см. таблицу).

В расчетах обычно принимается среднее значение -1500 м/с.

5. Отражение УЗ сигнала возникает на границе раздела двух сред с разной скоростью прохождения звука. Это может происходить и в одной среде, при резком скачке температуры в разных слоях жидкости. Данное физическое явление носит название ТЕРМОКЛИНА. Распространение УЗ сигнала в этом случае происходит по законам отражения, аналогичным законам оптики (угол падения равен углу отражения). При этом необходима достаточная поверхность, расположенная под необходимым углом, для отражения пришедшего импульса, чтобы отраженный сигнал попал на датчик и «был услышан». Отражение может быть многократным.

6. УЗ волны, проникая в толщу воды, подчиняются законам интерференции и дифракции. Возможны наложения волн, но для нашей темы более актуальным является огибание предметов, сопоставимых по линейным размерам с длиной волны. Например, на частоте 150 к Гц длина волны примерно 1 см. То, что обогнулось волной, то не дало отражения ...

7. Пришедший отраженный сигнал (естественно, ослабленный) должен быть не меньше какого-то порогового значения. В любительских приборах - это уровень, порядка 90 - 100 dB (т.е. улавливается и обрабатывается импульс, ослабленный в 50 -100 тысяч раз), в профессиональных эхолотах, например, в SIMRAD - это значение - 120 -140 dB.

8. В зависимости от глубины под килем прибор автоматически изменяет частоту следования УЗ импульсов: от 4 - 5 на максимальных глубинах, до 8 -12 - на минимальных.

Итак, включаем эхолот, датчик которого уже опущен в воду. Предположим, что лодка пришвартована или стоит на якоре. Несколько секунд настройки и самодиагностики, прибор определяет датчик, и на экране появляется картинка.

Даже при условии полного штиля возможны изменения в показаниях глубины и рельефа, который представляется на экране прямой линией одинаковой толщины. На небольших глубинах, порядка нескольких метров, показания отличаются на десятки сантиметров, и рельеф дна представляется теперь ломаной линией разной толщины.

ПОЧЕМУ ТАК ПРОИСХОДИТ?

Разрешающая способность эхолота зависит от нескольких параметров прибора: с одной стороны, она ограничена частотой излучения, предметы, меньшие определенного размера, не дадут никакого эха; с другой стороны, увеличение пятна излучения ведет к потере детализации.