На этом его назначении мы в основном и остановимся, а также попробуем определить, какими качествами, помимо цены, размеров и внешнего оформления (первых показателей, которые обращают на себя внимание в магазине), могут отличаться друг от друга различные типы и виды современных эхолотов.
Как правильно называть?
Поскольку львиная доля подобных аппаратов поступает на российский рынок из-за рубежа, наверняка стоит упомянуть и о принятой там терминологии. В английском языке присутствует некоторая путаница, поскольку и в публикациях на эту тему, и даже просто на упаковочных коробках могут встречаться сразу несколько вариантов - «sonar», «depth meter», «echo sounder» и их вариации. Но самый, пожалуй, распространенный термин - это «fishfinder», т.е. «искатель рыбы». Как правило, применительно к потребительским приборам особой разницы нет - все эти слова и словосочетания можно смело переводить как «эхолот». Ведь главная задача того же «финфайндера» заключается все же в том, чтобы определять глубину водоема, т.е. заменять старинный лот, представляющий собой привязанный к размеченному линю грузик, чему рыбопоисковая функция, имеющаяся у подавляющего большинства современных эхолотов, ничуть не мешает.
А вот с заимствованным термином «сонар» (от английского «SOund Navigation and Ranging») лучше быть поаккуратней: у нас он обычно применяется к устройствам военного назначения, «нацеленным» скорее не по вертикали, а по горизонтали - например, для поиска подводных лодок, хотя по этому принципу работают и наиболее продвинутые потребительские эхолоты, которые принято называть «впередсмотрящими» (они же «эхолокаторы» или «гидрорадары»).
Как они устроены?
Принято считать, что принцип работы эхолота «подсмотрен» у китов и дельфинов, успешно использующих ультразвук для ориентирования под водой (и для того же поиска рыбы, кстати).
Если засечь время, через которое отразившийся от какого-либо препятствия (например, от морского дна) звуковой сигнал вернется обратно в виде эха, то, зная скорость распространения звука при тех или иных условиях (в пресной воде она составляет в среднем 1450 м/с, в соленой - 1500 м/с), можно точно вычислить расстояние до отразившего его объекта. Установленный ниже ватерлинии приемопередатчик эхолота несколько раз в секунду отправляет вниз основной сигнал и принимает «эхо»; промежуток времени между ними каждый раз фиксируется электронным модулем, который высчитывает результат и «сообщает» его пользователю. В самом простом варианте значение глубины отображается в виде цифр на жидкокристаллическом индикаторе (рис. 1), но более удобен все же графический дисплей, рисующий результаты в виде неразрывной кривой (о том, почему эту кривую мы не называем профилем дна, чуть ниже).
Кроме того, электроника оценивает и силу отраженного сигнала, что особым образом отображается на дисплее и позволяет получить дополнительную информацию о характере объекта -либо о его размерах, либо о структуре (в отличие от каменной плиты, илистое дно, к примеру, частично поглощает сигнал, уменьшая силу «эха»). При этом учитывается естественное ослабление сигнала, увеличивающееся с глубиной.
Какие лучи и сколько
Чтобы с максимальной точностью определять глубину, на которой расположен тот или иной отражающий звук объект, сигнал должен уходить под воду строго перпендикулярно ее поверхности. Но «луч», о котором многие так любят поговорить, представляет собой вовсе не тонкую «иглу», как у лазера - скорее, это расширяющийся книзу конус. Принято говорить об «узких» и «широких» лучах с так называемыми «конусными углами» в диапазонах 15-25° и 45-60° соответственно.
Приводимые в технических характеристиках эхолотов значения в градусах, впрочем, достаточно условны, ведь наибольшая мощность сигнала наблюдается на оси конуса и по сторонам от нее постепенно сходит на нет. Вопрос о том, что же считать его «стенками», решен «волевым порядком» - в большинстве стандартов образующая конуса проходит там, где мощность излучения уменьшается до 50% по сравнению с осью (рис. 2).
Зачем же нужны лучи разной «ширины»?
Многие исповедуют принцип «чем шире, тем лучше» - мол, запас зоны обзора не помешает. Это верно лишь отчасти, свои плюсы и минусы есть и у того, и у другого. Широкий луч действительно захватывает больше подводных объектов, что немаловажно для той же рыбалки, но, во-первых, способен проникнуть на меньшую глубину, нежели узкий, а во-вторых, не столь детально отслеживает изменения донного рельефа. Если, скажем, на глубине 10 м 15-градусный луч создает на дне воображаемое «пятно» диаметром 2.6 м, то при 60-градусном охватывается уже 5.2-метровая зона - эхолот «упростит» сложный рельеф, взяв за основу фрагменты захваченного участка с наименьшей глубиной (некоторые модели предусматривают возможность вывести на экран размер «пятна» - прибор высчитывает его в соответствии с глубиной).
Стоит отметить, что ширина луча отражается и на чисто конструктивных особенностях приемопередатчика: формирующим сигнал элементом здесь является искусственный кристалл, который, как ни странно, для образования узкого луча должен быть значительно больше размерами - соответственно, крупнее при этом получается и погруженный в воду датчик.
Как и киты с дельфинами, эхолот использует ультразвук, неслышимый для человеческого уха, но способный проникать в воде на максимальные расстояния. Наиболее распространены эхолоты с рабочей частотой 192 кГц, хотя встречаются и модели на 50 кГц. «Низкочастотные» (насколько это слово вообще применимо к ультразвуку) приборы, «по умолчанию» отличающиеся большой шириной обзора, обладают некоторыми преимуществами на глубокой морской воде, хотя для большинства условий эксплуатации маломерного судна 192 кГц все же предпочтительнее.
Достоинства и недостатки широкого и узкого лучей наводят на вполне логичную мысль объединить их в одном приборе, что давно уже делается - двухлучевая схема (рис. 3, а) относится сейчас к числу наиболее распространенных. Узкий луч способен проникнуть на большую глубину и наиболее детально отслеживает рельеф дна, а соосный ему широкий охватывает пространство по бокам, что, помимо рыбалки, может быть полезно при проходе по незнакомому мелководью. Информация, поступающая от дополнительного широкого луча, обычно каким-либо образом отделяется на экране от основной - например, за счет цвета или, в случае с монохромным экраном, иных оттенков серого.
Та же рыба, например, будет отображаться в виде «прозрачных» контуров, а не черных силуэтов. Кроме того, на ряде эхолотов предусмотрена возможность разделить экран напополам и вывести на каждую из половинок информацию от каждого из лучей в отдельности.
Но и два луча - не предел. Возможные варианты показаны на рис. 3. Наиболее «навороченная» шестилучевая система не только обеспечивает широкий (до 60°) охват при степени детализации, свойственной использованию узких лучей, но и позволяет нарисовать на экране трехмерную картинку, пусть и достаточно условную.
Наибольшей же сложностью отличаются «впередсмотрящие» эхолокаторы с подвижными лучами, нащупывающими подводные объекты подобно излучению радара (рис. 4).
Когда рельеф - не рельеф, и рыба - не рыба
Мы уже упоминали, что расшифрованная электронными «мозгами» эхолота информация может выводиться и попросту на цифровой индикатор - в этом случае вы получаете только значение глубины в метрах или футах. Никаких сведений о наличии рыбы он, естественно, не даст. Такой прибор недорог, компактен (врезанный в приборную панель, он занимает не больше места, чем тот же тахометр), но на этом, пожалуй, все его преимущества и исчерпываются.
Можно упомянуть и так называемые «флешеры», где значения глубины и местоположение рыбы отражаются на жидкокристаллическом «циферблате» в виде цветных секторов, но эта разновидность эхолотов используется в основном «в статике» - например, при подледной рыбалке, а считывание и «расшифровка» данных требуют некоторого навыка.
Графический дисплей, пусть даже самый простенький, значительно повышает удобство пользования и информативность, но имейте в виду, что эхолот - это ни в коей мере не подводная телекамера и не сканер, показывающие реальную ситуацию под лодкой. Прибор этот умный, но не всесильный, об обстановке под водой он докладывает на своем собственном языке, и от пользователя требуется умение правильно трактовать выданные им на дисплей данные.
Например, многие уверены, что эхолот в точности рисует дно под лодкой, но это далеко не так.
Двигающаяся по экрану линия «дна» на деле представляет собой лишь набор оставшихся в памяти прибора предыдущих показаний, сменяющих друг друга. Скорость смены изображения на экране никак не связана с движением лодки - она определяется так называемой «скоростью прокрутки» дисплея, которую обычно можно регулировать. В роли «сканера» выступает в данном случае сама лодка, перемещающаяся над дном, но ведь она может двигаться то быстрее, то медленнее, а также совершать маневры. Конечно, чисто теоретически можно представить себе случай, когда при движении строго по прямой скорость судна с учетом масштаба «совпадет» с прокруткой дисплея - тогда вы и впрямь получите на экране более-менее правильный «срез» донного рельефа (хотя и в этом варианте часть реальных его деталей будет неминуемо искажена).
Но вот вам более распространенная ситуация: вы плывете над ровным песчаным дном, глубина которого составляет, скажем, 15 м (рис. 5). В тот самый момент, когда вы сбрасываете газ и останавливаетесь, под транцем оказывается небольшая подводная скала, выступающая из песка на 5 м. Что мы увидим на экране через несколько секунд? Правильно - плоскую «плиту» (рис. 5, а) на глубине 10 м! Чтобы понять, где эта скала кончается, нам придется «прощупать» ее лодкой, вновь начав движение. Изображение на экране поможет привязать ее к местности (в момент появления под кормой «свала» можно, к примеру, занести точку в память приемника GPS), но ориентироваться на постепенно уплывающий в сторону «горб» на дисплее эхолота не стоит - во-первых, это вовсе не значит, что вы от него отдаляетесь, а во-вторых, конфигурация его, скорее всего, не соответствует действительности: проскочив над такой скалой на большой скорости, вы получите острый «пик», а пройдя на самом малом ходу - нечто вроде плохо поднявшегося пирога (рис. 5, б и в). Точно такое же «сжатие» или «растяжение» картинки вызывает увеличение или уменьшение скорости «прокрутки» дисплея.
Короче говоря, чтобы засечь какие-либо изменения рельефа, нужно двигаться. При использовании эхолота в чисто навигационных целях - например, при подходе к незнакомому берегу - не забывайте, что львиная доля экрана отведена «истории», да и самые «свежие» показатели тоже не поспевают за реальными событиями. Крайний графический столбик под изображением лодочки фактически свидетельствуют о глубине у вас за кормой, ведь в подавляющем большинстве случаев датчик эхолота установлен за транцем. Здесь стоит больше полагаться на свою способность предвидеть ситуацию. В частности, заметный подъем «графика» должен вас насторожить - не исключено, что впереди опасное мелководье.
Как уж говорилось, возможности эхолота, даже самого «навороченного», особо преувеличивать не стоит. Касается это и регулярно возникающих на экране символов в виде рыбок. Кстати говоря, само тело рыбы он не «видит» - отражает сигнал лишь ее плавательный пузырь. Таким образом, кроме собственно рыбы, значок на дисплее может обозначать притопленное полено или пучок водорослей, а целая их россыпь свидетельствовать о наличии под лодкой рыбацкой сети (в том числе и без улова) или пузырьков метана, медленно поднимающихся со дна к поверхности. Не будем забывать, что каждый вертикальный штрих на дисплее - это лишь в некотором роде «моментальный снимок», так что движение подводных объектов засечь практически невозможно. По этой же причине целая вереница растянувшихся по экрану «рыбок» может оказаться одной-единственной настоящей рыбой, двигающейся под лучом с такой же скоростью, что и лодка.
Действительно «сканируют» дно, постоянно обновляя картинку, только «впередсмотрящие» эхолокаторы - наиболее известна среди них продукция компаний «Interphase» и «EchoPilot». Что очень важно для навигационных целей, дискретное перемещение луча (которое обеспечивается без применения каких-либо движущихся частей - за счет технологии изготовления излучающих кристаллов) позволяет изучать обстановку перед лодкой и заранее обнаруживать препятствия. В зависимости от марки и модели сканирующие лучи могут перемещаться как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях (рис. 4), хотя и при этом остается возможность вывести на часть экрана показания «классического» эхолота. На первый взгляд такие, пусть и весьма недешевые, приборы - настоящая панацея от происшествий, связанных со столкновениями с подводным препятствием, но не все так просто: как показывает опыт, нередко реализовать многие заложенные в них возможности не удается просто из-за особенностей корпуса судна, но подробнее об этом - в следующем номере.