• Дорогой друг! Ты не зарегистрирован у нас на форуме.

    Возможность просмотра многих тем требует регистрации на форуме.

    Не поленитесь - зарегистрируйтесь, затратив всего несколько минут.


    Администрация Абырвалг.НЕТ

Подводный GPS с нуля за год

Murinos

Активный участник
Зарегистрирован
Сообщения
458
Реакции
1,991
Баллы
93
"Настало время для охуительных историй". Пафос первоисточника слегка зашкаливает, судя по профилю в Линкедин - системами подводной навигации люди с 2008 года занимаются. Тем ни менее, судя по всему у парней это действительно работает. Самое интересное скопипастил сюда.

Взято отсюда - Тут полная версия с картинками и сцылками: https://geektimes.ru/post/284902/

" В последние несколько лет то и дело появляются публикации, пресс-релизы и даже стартапы на тему навигации под водой. Дело в том, что задача подводной навигации до сих пор не решена так же удобно, как над водой: сигналы GNSS под воду не проникают, а существующие инерциальные системы либо недостаточно для этого точны, либо чрезмерно дороги.
Я хочу рассказать, как мы втроем и за один год сделали подводный GPS с нуля.
........
........ - много пафоса и технической информации со ссылками - в оригинале есть.
........


Но, как говорил один из знакомых моряков: «Делай хорошо — плохо само получится».

Если мы собираемся делать подводный GPS, то пусть он и будет максимально похож на GPS, знаете, миллионы машин и людей со смартфонами ходят по земле, в большинстве случаев попадают туда, куда им надо и никто не измеряет расстояние до спутников GNSS методом запрос-ответ, спутники тоже заняты просто излучением без затей с приёмом обратного сигнала, и все в общем хорошо — все довольны.

Каков требуемый функционал такой системы? Он весьма бесхитростен — нужно знать где ты находишься относительно каких-либо заранее заданных ориентиров — точек интереса (POI — point of interest), хочется иметь свой трек, записанный в погруженном состоянии для разбора полетов постфактум, неплохо было бы, увидев что-то интересное на дне — пометить точку, к которой в последствии можно было бы вернуться. Чего такого фундаментального нужно, чтобы это стало возможным? Всего-навсего — знать свои абсолютные географические координаты в погруженном положении. Умея это, все остальные задачи переходят в разряд тривиальных.

На самом раннем этапе, когда наша система находилась в форме «набросков на салфетках», мы остановились на схеме LBL.

В нашей системе требуется ровно четыре «спутника» — буя, оснащенных GPS/GLONASSприемниками для определения собственных координат и дальнейшей передачи этих координат неограниченному числу навигационных приёмников. При этом неограниченное (Как у взрослых! Как в настоящем GPS!) число приемников, смогут по полученным данным определять собственное местоположение – но не относительно буёв, как в SBL, а в географических координатах!

Если коротко, система состоит из четырёх плавучих буев-ретрансляторов GNSS-сигнала и любого числа подводных навигационных приемников;

Навигационный приемник в нашей системе акустически пассивен — он никогда не излучает (только так можно обеспечить работу неограниченного числа акустических приемников в одной акватории), приемник «слушает» буи, принимает их сообщения и решает задачу нахождения собственного положения на основе географических координат буев. К географическим координатам добавляем расчёт глубины – и вуаля, мы точно знаем, где в воде находится наш навигатор!

Впервые система была представлена на МВМС-2015 (Международный военно-морской салон), традиционно проходящем в ЛЕНЭКСПО в Санкт-Петербурге. Система вызвала бурный интерес у «подводной» публики; После этого ещё были многочисленные поездки на различные водоёмы нашей необъятной родины. В каждой поездке мы собирали фактический материал, на основе которого совершенствовали как «железную» составляющую системы, так и алгоритмы.
Теперь давайте посмотрим, как всё это работает.

Навигационный приёмник водолаза

Навигационный приёмник, работая с географическими координатами, для водолаза выводит на экран расчётные азимут и дистанцию до выбранной точки назначения – заданной перед погружением, сохранённой уже в ходе погружения, либо на один из четырёх буёв-ретрансляторов.

Соответственно, мы должны оснастить приёмник компасом, чтобы водолаз имел возможность двигаться по указанному прибором азимуту. Однако товарищи водолазы раскритиковали нас за использование электронного компаса – устройство оказалось весьма капризным, требующим частой калибровки и неточным. В итоге в первой же версии устройства от электронного компаса мы отказались; профессиональные водолазы всегда погружаются с механическим компасом, проблема движения по азимуту была решена.

На картинке изображён один из вариантов – навигационный приёмник закреплён на водолазной панели с механическим компасом:



А вот как выглядел навигационный приёмник первой версии:



Работал он не очень – были проблемы с надёжностью приёма (маленькая антенна, установленная на самом приборе), в итоге достаточно быстро появилась версия 2, которая изображена на первом рисунке.

Изначально было два разных решения: для роботов (ТНПА/АНПА) и для человека. Вариант для робота представляет собой цилиндр на кабеле, залитый в полиуретан. Вся электроника навигатора находится внутри приёмной антенны, на это компоновочное решение мы получили наш первый патент. И вот с ним как раз все было в порядке — этот вариант работал как и планировалось. Вот он, жёлтенький, на фотографии:



С водолазным вариантом же постоянно были проблемы — меньшая чувствительность, бОльшие ошибки, пропадание приема. Мы провели кучу проверок, моделирований, экспериментов и пришли к выводу, что в большей степени на такое положение дел влияет расположение — маленькое пьезокольцо водолазного приемника (черный цилиндр на корпусе навигатора) часто затеняется водолазом.

В конце концов приняли решение скрестить два устройства — приемом занимается навигатор робота, раз у него так это хорошо получается. Приёмник этот мы выносим либо на баллон (на спину водолаза), либо на плечо, либо закрепляем на водолазной панели. От старого навигатора остаётся только «показометр» — интерфейсная часть в виде отдельного блока, который может крепиться, как на панель, так и на руку. По результатам реальной эксплуатации переписали и интерфейс – убрали лишние детали, важные параметры сделали крупнее.

Вот так это выглядит в руках настоящего водолаза:




Навигационные буи

Теперь поговорим о навигационных буях, которые обеспечивают всё это подводное благолепие. Как уже говорилось выше, навигационный буй представляет собой штуку, которая получает сигнал GNSS, и ретранслирует его в воду.

Первая версия буёв выглядела так:



Практика использования позволила выявить ряд досадных недостатков, самый неприятный из которых был связан с частым «затеканием» буя.

Затекания–это прерванные испытания и работы, недовольные пользователи, вот это вот всё.

Быстро выяснилось, что буи банально затекали через китайские GNSS-антенны (такая «мигалка» на крышке). Антенна ввинчивалась в крышку буя, но затекала не через места прилегания (мы не жалели герметика и резины), а через собственный корпус. Плюнув на все, решили сделать свою антенну и спрятать ее под крышкой буя, исключив из конструкции лишние места протечек. На рисунке ниже как раз новый комплект буев в родном, специально изготовленном для них кейсе:



Вот эта выпуклость на крышке — там теперь живет плата GNSS-приемника. До кучи добавили вторую лампочку и расположили их обе так, чтобы они светили почти в горизонтальной плоскости –предыдущий вариант расположения было не очень хорошо видно с воды.

Но самые главные изменения касались внутреннего софта. Всю эволюцию качества навигационных данных я покажу на серии следующих рисунков.

Вот результаты одних из первых серьёзных испытаний на Белом море в 2015 году. Буи и приемник «в статике», настоящее Белое море, непростые условия — мелководье и сильная многолучевость:




Ещё один скриншот с нашего технологического ПО. То же самое Белое море. Идём на вёслах, опустив приемник на кабеле.




А вот апрель 2016 года, Волгоградское водохранилище. Трек выгружен с водолазного приемника, тогда ещё первой версии. Средний дребезг (ширина трека) — порядка 1.5-2 метров:



С самого начала у нас открытый протокол сопряжения и выгрузка трека в KML, GPX и CSV. Водолазные устройства имеют беспроводную зарядку и сопрягаются с ПК по Bluetooth. После выгрузки трек можно импортировать в GoogleEarth или SAS.Planet. Впоследствии мы сделали эмуляцию GNSS-приемника, так, что теперь навигационный приёмник робота (он называется у нас RedNODE) подключать непосредственно к ПК cSAS.Planet и использовать все его удобства- оффлайн карты, возможность выбора любой подложки, рисование трека в реальном времени и т.п.

А вот водолаз, который помогал нам в апреле 2016 на Волгоградском водохранилище:



Обратите внимание, у него на руке закреплён навигатор (жёлтый), а на баллоне висит второй (чёрный). Трек с водохранилища, показанный выше, был выгружен с чёрного навигатора, того, что был установлен на баллоне. Трек с наручного навигатора получился очень плохой, с большим количеством пропусков. Именно после этого погружения мы окончательно решили выносить акустический приёмник так, чтобы он не экранировался дайвером.

Октябрь 2016, устье реки Пичуга, Волгоградское водохранилище. Одновременная запись трека с двух устройств RedNODE (навигатор робота)и RedNAV (навигатор водолаза).



Видим два трека, записанные с одной лодки при помощи двух устройств – RedNODE (навигатор робота)и RedNAV (навигатор водолаза; оба опускались на веревке с борта резиновой лодки). Тестировалась работа устройств вне навигационной базы (вне фигуры буев). Трек RedNODE (фиолетовый) писался прямо при помощи SAS.Planet, трек водолазного приемника был выгружен пост-фактум и наложен поверх. В точке «Waypoint 1» водолазный приемник был вытащен из воды, а RedNODEмы держали в воде до самого берега, о чем свидетельствует сам трек. И даже есть фото:



(Картина «Выгуливание карася». Масло, холст. р. Пичуга, октябрь 2016)

В тот момент мы были очень удивлены тому, что устройство работает у самого берега — это крайне тяжелые гидрологические условия, плюс ко всему — работа вне навигационной базы.

А вот и результаты, полученные на последней (на сегодняшний день) версии прошивки и «железа». Трек движения водолаза, ноябрь 2016, канал им. Москвы в районе ст. Метро «Водный стадион» (Москва):



Хочу обратить внимание на то, насколько облегчается работа водолаза. Перед водолазом была поставлена следующая задача: погрузиться, выйти на один из буев, от него выйти на другой буй и вернуться обратно – по навигатору.

Условия погружения — мутная вода, видимость не более 1 метра. Водолаз прошел точь-в-точь по своему следу — максимальное отклонение от собственной траектории составило не более 1.5 метров! Дистанция, между буями 2 и 4 порядка 210 метров. То есть человек не тратил время и силы на поиск — он просто шел туда, куда ему указывал прибор.

P.S. Кто и что делал:

— Один человек спроектировал и развел все платы и нарисовал всю механику, плюс продумал технологию сборки, сам всё спаял (для справки, в одном навигаторе – более девятисот точек пайки!) и собрал;
— Другой человек придумал модель и написал все прошивки (а ещё помогал собирать);
— Еще один человек руководил всем этим, попутно направляя заходящий в тупик research и колеся необъятную в поисках мест и людей для испытаний, а также гастролировал с демонстрационным комплектом и обивал пороги разных фондов.

"

Взято отсюда - Тут полная версия с картинками и сцылками: https://geektimes.ru/post/284902/
 
Последнее редактирование:

Abirvalg

Батька наш Мандела и ЮАР нам мать
Зарегистрирован
Сообщения
105,952
Реакции
426,721
Баллы
135
Кажись они это и писали...вродре
 

Murinos

Активный участник
Зарегистрирован
Сообщения
458
Реакции
1,991
Баллы
93
Кажись они это и писали...вродре
В смысле? Не в тот раздел написал? Или меня в рекламе/причастности подозреваешь?
Мопед не мой как грится)))) Наткнулся - решил поделиться.

:drinks:
 

Abirvalg

Батька наш Мандела и ЮАР нам мать
Зарегистрирован
Сообщения
105,952
Реакции
426,721
Баллы
135
не
просто
вроде что то такое уже было
или аналоги
 
Сверху