первые испытания макета навигационной системы для водолазов

      Прекрасная погода, на море штиль, ни ветерка, лодка раскачивается на ленивой волне. Гидрокостюм и все снаряжение уже надето, проверено, и остался последний шаг навстречу глубине. Но все равно остается ощущение, что чего-то не хватает. Чего же? Ага, компаса. Это ведь пока единственный навигационный прибор, доступный для водолаза-любителя. С помощью этого нехитрого прибора, используемого человечеством уже тысячи лет довольно легко ориентироваться: можно взять пеленг на ориентир, затем на другой ориентир и пользуясь картой найти точку собственного местоположения. Одна проблема: под водой нет отмеченных ориентиров, под рукой нет карты и видимость не превышает несколько метров. Что же делать? Любой опытный водолаз ответит, что необходимо составить план погружения, разметить маршрут, запоминать направление и время движения в каждом направлении, отмечать характер и рельеф дна, перепад глубин на  маршруте,  и используя только компас, легко и непринужденно понимать (ощущать?) своё  местоположение. И легко выйти назад на базовую точку. Неопытный водолаз погружается в группе, ведомой гидом, знающим место погружения как свои пять пальцев. Зачем ему ориентироваться? А если погружение в незнакомом месте? А если одиночное? Возможно ли это?  Да это возможно, но необходимо иметь этот навык, который приобретается после многочисленных погружений(т.е. стать опытным водолазом). Что же происходит если этого навыка нет? Все мы пытаемся во время погружения примерно отслеживать свое перемещение под водой и не слишком отдаляться от базовой лодки, и вернувшись, по своему представлению, к точке начала погружения, всплываем. Затем, оглянувшись, по сторонам, понимаем, что до лодки еще необходимо добираться и добираться. Это и физически тяжело и порой не очень-то безопасно (Спасатели проверяют информацию об обнаруженном на Русском острове в Приморье трупе дайвера )

     Возникает резонный вопрос –почему нет GPS навигатора для подводников? Нет GPS для водолазов по простой причине: под водой не распространяются радиоволны. Так что-же, уже двадцать первый век на дворе, и до сих пор нет никаких технических решений? Eсть! Пару лет назад предложен гидроакустический комплекс для дайверов: Diver6 IS MADE IN THE USA.  (цена по запросу, так как покупают эту систему военные, можно полагать, что цена достаточно высока ).  В прошлом году представлен российский комплекс для навигации водолазов: RedWAVE   . Многие годы производится и предлагается водолазам навигационный комплекс для малых необитаемых аппаратов компании TRITECHMicronNav - USBL Tracking System   (цена примерно 18000 £ и при этом если нет звукоподводной связи, водолаз не знает где он находится). Есть некоторые решения подходящие для водолазов и у такого гиганта, производящего оборудование для работы под водой: sonardyne . Вышеназванные водолазные навигационные комплексы не используются широко по очень простой причине --- их цена просто неподъемна для водолаза-любителя. В далеком 2008 была анонсирована навигационная система по приемлемой цене:   navimate   . Сайт отличный, нарисовано все красиво, но пока никакой коммерческий продукт не производится.  Появляются новые предложения: UWIS is a new kind of an underwater navigation  но кажется что цена этого продукта тоже окажется чрезмерно  высокой, а может быть это то, что необходимо, и будет доступно.( could you tell the estimated price of the kit for one diver.  best regards --- Запросил сегодня у ребят сколько может их комплект стоить 10/03/2018).

Вот задачи, которые  решают эти  гидроакустические навигационные системы системы:

Определение относительных (по отношению к базовой точке) и абсолютных географических координат.

Отображение позиции водолаза для  обеспечивающей погружение команды.

Отображение позиции водолаза для собственно водолаза. 

Какую-то коммуникацию между водолазом и поверхностью. В простейшем случае существует кнопка “тревоги”. 

Запись всей информации о передвижении водолаза.

       Это только функции, которые выполняет навигационная гидроакустическая система. Важно так же с каким качеством это исполнено. То есть, какая точность, дальность действия, надежность определения координат. Важны эксплуатационные характеристики такие как вес, сложность развертывания системы на предполагаемом участке погружения, сложность развертывания системы на предполагаемом судне-носителе водолазов, затраты на обслуживание отдельных элементов гидроакустической навигационной системы. 

Так же необходимо классифицировать навигационные системы по основным принципам работы, так как от этого зависят вышеназванные характеристики.

Вот список:

Гидроакустические навигационные системы с ультракороткой базой:  MicronNav - USBL Tracking System 

Гидроакустические навигационные системы с длинной базой: RedWAVE 

Гидроакустические навигационные системы основанные на  инерциальной системе навигации:   ariadna  

Гидроакустические навигационные системы с доплеровским датчиком измерения положения относительно дна: mistralsecurityinc . 

   При использовании систем с ультракороткой базой(УКБСН), необходимо установить базовый блок на судно, обеспечивающее погружение, и водолаз, получая информацию от базового блока имеет представление о том, где он находится. Базовый блок определяет пеленг и направление на водолаза, и пересылает данные водолазу.

       Если применяется  система с длинной базой (ДБСН), то в простейшем случае требуется 3 маяка, установленные на значительном расстоянии друг от друга, устройство в руках у водолаза измеряет расстояние до каждого маяка, и зная позицию каждого из маяков, вычисляется положение водолаза. Точность и надежность этой системы очень высока.

      Системы с инерциальным отслеживанием перемещения водолаза (ИСН) не требуют никаких маяков, работают на принципе измерения ускорений водолаза,  и  последующего расчета перемещения путем двойного интегрирования измеренных ускорений. Тот же принцип применялся, да и применяется сейчас в баллистических ракетах. Практически идеальное решение, только есть одна сложность: водолаз двигается очень медленно, а чувствительность дешёвых акселерометров довольно низкая. Поэтому точность этой системы пока под большим вопросом.

     Доплеровские системы определения местоположения водолаза(ДСН) по принципу работы похожи на системы с инерциальным датчиком перемещения, но исходные данные для вычислений система получают от доплеровских эхолотов, вмонтированных в навигационную панель. От эхолотов поступает  информация о скорости движения относительно дна, направление определяется с помощью встроенного компаса. Этих данных достаточно, чтобы вычислить местоположение водолаза с высокой точностью. 

Сравнительная таблица характеристик навигационных систем для водолазов: 

Принцип работы

Сложность постановки и эксплуатации

Оперативный контроль положения водолаза под водой для персонала на поверхности

Цена

УКБСН

Несложная

Да, контроль

Средняя

ДБСН

Сложная

Как правило нет

Высокая  

ИСН

Несложная

Нет контроля

Предположительно средняя

ДСН

Несложная

Нет контроля

Высокая

 

Сложность, эксплуатации определяется количеством действий, необходимых при развертывании системы. В случае с ИНС, ДСН никаких особых действий и не требуется: погружайся, и пользуйся. Для УКБСН требуется установить на судно сопровождения довольно громоздкую штангу с пеленгующим водолаза приемником, и перед погружением опустить её в воду. Самая сложная в установке система с длинной базой, так как  требуется предварительно разместить на акватории  3-4 заякоренных  маяка, и затем еще следить чтобы их не украли( обычно очень привлекательно выглядят оранжевые поплавочки, так и просятся на борт). Кроме того, после каждого дня их необходимо заряжать(все четыре). Но к неоспоримым преимуществам системы с длинной базой является надежность и великолепная точность. Точность вторичного выхода в точку практически зависит только от точности GPS приемников, установленных на маяках и составляет от 5 м, до 0,15 м. Для УКБСН точность по дальности не хуже 1 м,  а по углу типовая для недорогих систем +- 3° , что дает погрешность определения положения водолаза примерно +-6 метров на дистанции 200 метров. Для любительских погружений, вполне достаточно(очень сомневаюсь, что без подводного буксировщика,  кто-либо отплывает дальше от лодки при любительских погружениях) О точности доплеровской и инерционной системы никаких данных найти не удалось.

Вот так размышляя, решил, что лучшей по всем параметрам пока остается  система навигации с ультракороткой базой. Поэтому  взялся за разработку такой системы, что получилость можно увидеть на следующей странице: описание комплекта 

отображение информации о местоположении водолаза