Ультразвуковая Связь Под Водой

[eti]

По долгу службы я программист. Появилось у меня хобби - модель подводной лодки конструирую. Хочется завязать это

дело с ПК следующим образом: управление производить с ноутбука (с помощью джойстика) и обратно передавать изображение

с Web-камеры. Мне самым разумным кажется созать что-то типа сетевой карты, эффективно передающей информацию между

двумя ноутбуками, один из которых находится под водой.

Так вот один студент-физик подсказал, что под водой эффективно распространяется лишь ультразвук. Но у меня возникло

соображение, что пропускного канала не хватит для передачи видео.

Подскажите плиз, можно ли воплотить мои задумки в реальность?

Заранее благодарен за любые ответы.

Изменено 5 апреля, 2009 пользователем eti

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[NebsteR]

а идея интересная... только имхо неразумно использовать второй ноутбук, может лучше поставить обычную камеру с передатчиком, любой приемник подключенный через карту видеозахвата (скажем, pcmcia раз ноутбук), а для обратной связи любую схему радио-управления на нужное кол-во команд, управляемую по usb, думаю программисту не составит большого труда написать софт и для мк после usb и на ноут...

да, кстати, нашел любопытную темку на каком-то форуме по этой теме: http://www.radioscanner.ru/forum/topic13397.html , и рисунки из одного из сообщений, все системы связи субмарин:

Изменено 5 апреля, 2009 пользователем NebsteR

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[my504]

На ультразвуке максимум что можно иметь по несущей - около 50 кГц. Значит при однополосной модуляции получим не более 10 кгц полосы сигнала, да и то нужно попыхтеть над антенной - они достаточно узкополосны. При сжатии изображения до 10 кгц оно будет страшно инерционно и с низким разрешением, так что для медленного управления мож и хватит, а видовые кадры писать придется на флеш.

Как вариант можно делать поплавок от лодки и тогда иметь нормальную связь.

ЗЫ. Небстер. То что Вы нашли - это сверхдлинноволновая радиосвязь. Однако у автора не хватит средств для антенных полей и энергетических трат... А полоса связи еще меньше или та же.

Изменено 5 апреля, 2009 пользователем my504

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[eti]

Использование поплавка - самое грамотное решение, но в моей ситуации не подходит - предпологается, что лодка будет

высокоскоростной и манёвренной (поплавок же накладывает некоторые ограничения). Использование же радиосвязи на

желаемых расстояниях требует большой мощности и огромную антену (если ошибаюсь - поправьте).

Есть такая мысль - генерировать звук трёх частотных диапазонов, передавать его на звуковую карту, усиливать

и излучать. Один диапазон обозначит единицу, другой ноль, третий для проверки наличия соединения (излучается всё

время, пока "молчат другие"). Далее работать по принципу обычной сетевой карты. Только возможности звуковых карт

компьютеров сильно ограничены, и при таком подходе сильно усложняется програмная часть (скорее неудобство, чем

проблема). Но мне кажется, что при таком подходе можно и видео передавать.

Поделитесь своими соображениями по этому поводу.

[my504]

Гы! Законы физики и теорему Котельникова еще никто не отменял. Пропускная способность канала зависит от полосы пропускания. А сколько Вы там сделаете частотных полос значения не имеет. Правда есть одно НО.

Дело в том, что для аналогового сигнала теорема Котельникова формулируется достаточно определенно, но при расчете пропускной способности цифрового канала существенным становится РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПО ПАРАМЕТРУ МОДУЛЯЦИИ(АМПЛИТУДЕ, ФАЗЕ).

Так при многопозиционной модуляции можно получить в одном радиоимпульсе например 16 дискретов и таким образом он будет кодировать один ниббл (полубайт). А если умудритесь вытащить 256 дискретов, то и полный байт. Обычно в цифровых каналах используют ортогональную модуляцию с 64 позиционной фазовой манипуляцией (6 разрядов двоичного кода в одной позиции модуляции).

Есть и другой обходной путь известный нам по сотовым сетям - пространственное разделение каналов. Если умудритесь создать пространственное разнесение антенн с каждой стороны(по паре каналов на каждую сторону канала передачи), то можно расширить информационный канал (эдакое ультразвуковое стерео). Есть еще ПОЛЯРИЗАЦИЯ звуковых волн - это тоже дает возможность удвоить пропускную способность(теоретически, практически при отражениях могут быть вращения плоскости и ухудшение разделения каналов).

Изменено 6 апреля, 2009 пользователем my504

[outoftime]

Так вот один студент-физик подсказал, что под водой эффективно распространяется лишь ультразвук. Но у меня возникло

соображение, что пропускного канала не хватит для передачи видео.

А вас никто и не заставляет использовать ултразвук, можете налаживать ваш сигнал на сигнал высокой частоты а на приёмнике усилять и филтрировать высокие частоты.

[eti]

Пространственное разделение каналов можно заделать. Я уже смирился с тем, что изображение будет маленького разрешения, хватит и такого (даже 1 кадра в секунду). А какие будут предложения и советы непосредственно по конструированию.

[my504]

А вас никто и не заставляет использовать ултразвук, можете налаживать ваш сигнал на сигнал высокой частоты а на приёмнике усилять и филтрировать высокие частоты.

Интересно, а товарисч сам понял чего сказал?

Пространственное разделение каналов можно заделать. Я уже смирился с тем, что изображение будет маленького разрешения, хватит и такого (даже 1 кадра в секунду). А какие будут предложения и советы непосредственно по конструированию.

А тут нужно не с конструирования начинать, а с алгоритма обработки изображения с целью сжатия до 20...25 кбит/сек (алгоритм для МК). Дело в том, что всякие хитрые модуляции потребуют значительных вычислительных ресурсов бортового МК. Ну и высокой квалификации программиста микроконтроллера. Правда тогда сам модулятор достаточно несложен. Есть по моему готовые интегрированные решения. С ходу сказать затрудняюсь, этой темой не очень интересовался.... Работа достаточно серьезная...

Изменено 6 апреля, 2009 пользователем my504

[NebsteR]

eti, еще свч попробуй передать в воде

Изменено 6 апреля, 2009 пользователем NebsteR

[my504]

Небстер, я понимаю, что это шутка... У воды эпсилон равен 80. Согласовать волновод с перепадом коэффициента укорочения в 9 раз практически не возможно, длина эл.магн. волны в воде (пресной, в соленой вообще ничего не распространяется - это абсолютно проводящая среда) будет в 9 раз короче, чем в вакууме (воздухе)...., я уже не говорю о потерях на поляризацию - вода одна из самых эффективных нагрузок (если с ней пусть плохо, но согласовать волновод - можно сделать четвертьволновый трансформатор на поликоре).

Изменено 6 апреля, 2009 пользователем my504

[NebsteR]

и получиццо бааальшая микроволновко

[eti]

my504, может я недопонял, но зачем заморачиваться с сжатием видео, ведь можно делать фото 448х336 раз в секунду (jpeg) и его передавать (канала хватит).

Есть такая мысль - генерировать звук трёх частотных диапазонов. Один диапазон обозначит единицу, другой ноль, третий для проверки наличия соединения (излучается всё

время, пока "молчат другие"). Далее работать по принципу обычной сетевой карты (два потенциала и тактирующая линия). Таким образом можно просто работать как в обычной сети (все основные труды возьмёт на себя ОС - таким образом я хочу создать свою сетевую карту).

Изменено 6 апреля, 2009 пользователем eti

[my504]

ети, Вы не понимаете простую вещь - МОДУЛЯЦИЯ СИНУСОИДЫ ДАЕТ ПОЛОСОВОЙ СПЕКТР СИГНАЛА. Чем более широкополосный сигнал модулирует несущую, тем шире результирующий спектр. Не имеет полосы чистая синусоида, бесконечная и не меняющая амплитуды и фазы. Как только Вы начинаете ей управлять, так она рассыпается в спектр. Почитайте какую нибудь книжку по сигналам (можно для техникумов - там очень наглядно разрисовывают картинки спектров для разных сигналов, не особо погружаясь в высшую математику). Поэтому ЧАСТОТНАЯ МАНИПУЛЯЦИЯ (Вы именно ее предлагаете) даст весьма широкий спектр, гораздо шире чем девиация частоты, если конечно индекс модуляции будет значительным. При частотной манипуляции с минимальным сдвигом (это когда переключение частот производят в перходе сигнала через ноль), индекс равен 0,5. Но и пропускная способность такого вида модуляции не велика.

Не забывайте, что антенны на керамике ЦТС-19 весьма резонансны и узкополосны...

Собственно перед проектированием аппаратуры и необходимо посчитать брутто скорость цифрового потока через канал и расчитать потребную полосу при разных видах модуляции. Тогда станет ясно какой вариант прокатит для ультразвука и какую частоту несущей необходимо выбрать. Ведь есть еще параметр дальности связи...

[eti]

Заранее извиняюсь, если вопос покажется глупым.

Не подскажете, где найти схемку какой-нить сетевой карты, с понятным разбором принципа её функционирования.

[eti]

Если передавать видео 320х240, 25 кадров в секунду, то скорость 250 кбит/сек. При частотной манипуляции с минимальным сдвигом (это когда переключение частот производят в перходе сигнала через ноль), индекс равен 0,5.

Если я правильно понял, то при таком подходе частота несущей должна быть 125 КГц.

В интернете нашёл информацию об излучателе, разработанном специально для работы в воде, 400 +- 20 КГц.

А ещё на другом форуме мне подали идею подключить излучатель/приёмник к выходу модема.

Изменено 7 апреля, 2009 пользователем eti

[NPI]

Если перемножить 320х240х25 то получим 1,92 Мбит в секунду и это при условии, что каждый пиксель или 0, или 1, т.е. картинка без полутонов. Если хотим иметь хотя бы 16 градаций яркости, то нужно умножить ещё на 4. Про цвет умолчу

Про излучатель 400+-20 кгц. Тебе my504 уже писал, что УЗ излучатели узкополосны и в данном случае 20 кгц это всего 5% от несущей. Максимум, на что ты можешь с ним рассчитывать при определённых ухищрениях, это скорость передачи 20 кбит в секунду.

ЗЫ. Кэмерон, когда снимал свой "Титаник", наверное, мог бы себе позволить использование беспроводной камеры-робота. Ан нет, за ней кабель тянулся, который путался в обломках Титаника...

Совет: забей на ультразвук для передачи изображения

[eti]

А ещё на другом форуме мне подали идею подключить излучатель/приёмник к выходу модема.

Модемные протоколы физического уровня - Очень интересная литература по модемам. Отсюда следует, что нужен излучатель и приёмник, способные работать в диапазоне частот от 300 до 3400 Гц. Возможно ли реализовать передачу с помощью модема?

NPI, Вы не учитываете возможности сжатия. C такими параметрами Видео 250 Кбит/сек - проверено в Windows Movie Maket.

Что касается забить на ультразвук: предполагаю использовать устроство на глубине около 20 метров. Радиосвязь потребует больших энергозатрат и большой длины волны. Если я не прав, поправьте меня или предложите другие варианты.

Изменено 7 апреля, 2009 пользователем eti

[Andrey Z]

Модемные протоколы физического уровня - Очень интересная литература по модемам.

В формуле Шеннона для определения скорости передачи ошибка. Логарифм нужно брать по основанию 2, а там это не указано.

Отсюда следует, что нужен излучатель и приёмник, способные работать в диапазоне частот от 300 до 3400 Гц.

Отсюда не следует.

Возможно ли реализовать передачу с помощью модема?

Вообще, передачу организовать можно, только отнюдь не выше, чем может обеспечить такой модем. Сигнал с выхода модуляторной части модема нужно перенести в область более высоких частот, ввиду того, что резонансные ультразвуковые излучатели весьма узкополосны и полоса частот вашего сигнала должна уложится в полосу пропускания излучателя.

NPI, Вы не учитываете возможности сжатия.

А вы не учитываете что:

C такими параметрами Видео 250 Кбит/сек - проверено в Windows Movie Maket.

Для обеспечения такой скорости потока требуется полоса частот 37538 Гц при отношении сигнал/шум 20 дб. Полоса частот обычного телефонного модема более, чем в 10 раз меньше.

А в указанной вами полосе действительно можно передать изображение (см.файл), только время передачи одного кадра составляет от 6 до 20 секунд. Эта картинка, передаваемая с Украины на частоте 14230кГц была принята в Екатеринбурге.

Изменено 8 апреля, 2009 пользователем Andrey Z

[eti]

Поковырялся в нете, нашёл пару схем для связи ПК через СОМ порт (в приложении). Помогите пожалуйста доработать какую-нибудь схему, что-бы применить её в моём случае. Скорость передачи как получится. Даже 1 Кб в секунду хватит.

Р.S. Сам не допетриваю

соединение_ПК_через_СОМ.rar

Изменено 9 апреля, 2009 пользователем eti

[eti]

Нашёл ещё одну схемку радиомодема. Про него известно лишь то, что скорость у него 2400 - 76800 бод. Судя по скорости частота должна быть самый раз. Так ли это?

[Andrey Z]

Нашёл ещё одну схемку радиомодема.

Полезно было бы дать полную ссылку на описание. Данная схема напоминает устройство, известное радиолюбителям под названием "BAYCOM-modem" (правда здесь применена фазовая манипуляция). Я подобное детище делал еще в 1995г. Там применялся метод частотной манипуляции несущей (упоминался my504 от 6.04.2009 - 23:26). Прелесть такого модема заключалась в том, что TNC эмулировался в компьютере и, собственно, модем представлял собой очень простое устройство.

Про него известно лишь то, что скорость у него 2400 - 76800 бод. Судя по скорости частота должна быть самый раз. Так ли это?

Я вижу из схемы, что его скорости могут быть от 300 до 38400 бод (при укладке 1 бита на 1 бод). Чтобы им пользоваться нужно еще изготовить приемник и передатчик. В вашем случае они должны быть ультразвуковыми. Чем выше будете устанавливать скорость, тем выше следует делать частоту ультразвуковой несущей, так как увеличение скорости передачи данных приводит к расширению спектра. Также следует определиться с видом модуляции УЗ-несущей. Я с УЗ не работал, поэтому не знаю, можно ли применить метод прямого переноса сигнала данного модема на частоту УЗ, как делается, например, в SSB передатчиках.

Прислушайтесь к совету my504 о необходимости почитать какую-нибудь литературу по данному пердмету. Например:

Левичев В. Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства.

Москва, "Воениздат", 1974

Проектирование радиопередающих устройств. Под ред. В. В. Шахгильдяна.

Учеб. пособие для вузов. М., "Связь", 1976. 432 с с ил.

Проектирование радиопередатчиков: Учеб. пособие для вузов /

В.В.Шахгильдян, М.С.Шумилин, В.Б.Козырев и др.; Под ред. В.В.Шахгильдяна. -

4-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 2000. - 656 с: ил.

М.С.Шумилин и др. Радиопередающие устройства. Москва, "Высшая школа", 1981

Е.Л.Окунь. Радиопередающие устройства. Ленинград, "Судостроение", 1964.