Рыбопоисковый эхолот

Рыбопоисковые эхолоты произошли от глубиномеров — устройство, которое позволяет измерять глубину воды^[2]. Поскольку и глубиномеры, и рыбопоисковые приборы работают по одному принципу, используют схожие частоты и имеют схожие функции, они были объединены в один прибор^[3].

В процессе работы электрический сигнал от передатчика преобразуется в звуковую волну подводным измерительным преобразователем, называемым гидрофоном, и посылается в воду. Когда волна ударяется, например, о рыбу, она отражается^[4]. Прибор показывает размер, структуру и форму объекта. Точная степень различимости зависит от частоты и мощности передаваемого импульса.

По мере распространения волны ко дну и её отражения обратно плотность энергии волны уменьшается. Если волна отражается от дна водоёма или от большого скопления рыбы, то площадь покрытия волны зависит от пройденного ею расстояния по квадратичному закону^[5].

При отражении волны от отдельно стоящих рыб зависимость другая. Волна, отражённая от поверхности дна, распространяется к рыбе по тому же закону, что и волна, идущая от излучателя ко дну. Когда волна достигает рыбы, её плавательный пузырь рассеивает энергию, превращая рыбу в своего рода ретранслятор. Когда волна возвращается от рыбы к приёмнику, она также распространяется по квадратичному закону, как и волна, идущая от излучателя.

В разных средах скорость распространения звуковых волн отличается и определяется температурой и давлением окружающей среды. В морской воде на скорость также влияет солёность. Например, на мелководье скорость обычно составляет от 1440 до 1520 м/с, а на глубине 1000 метров она может достигать 1480 м/с. В реках и пресных озёрах скорость звука составляет приблизительно 1430 м/с^[5].

Зная скорость распространения волны в воде, можно вычислить расстояние до объекта, от которого она отразилась. Скорость звука в воде зависит от температуры, солёности и давления (глубины). Приблизительная формула для расчёта скорости звука в воде выглядит так: c = 1404,85 + 4,618T — 0,0523T2 + 1,25S + 0,017D, где c — скорость звука (м/с), T — температура (в градусах Цельсия), S — солёность, D — глубина^[6].

Такой процесс повторяется до 40 раз в секунду. В результате на экране появляется изображение морского дна.

Способность рыбопоисковых эхолотов улавливать изменения температуры и давления позволяет точно определить местонахождение рыбы в водоёме с помощью температурного сенсора. Многие современные устройства также имеют функцию отслеживания, которая позволяет наблюдать за изменениями в движении рыбы.

При использовании рыбопоискового прибора с высокой частотой можно получить более детальное изображение на экране. Глубоководные траулеры и коммерческие рыбаки обычно применяют рыбопоисковые приборы с низкой частотой (50-200 кГц). Современные рыбопоисковые устройства имеют несколько частотных диапазонов, что позволяет отображать несколько результатов одновременно^[6].

При правильно установленном преобразователе и должной настройке эхолота рыба будет отображаться на экране в виде дуги. Такое изображение получается из-за изменения расстояния до рыбы при её прохождении через конус излучения. Когда рыба пересекает границу конуса, расстояние от неё до преобразователя становится максимальным. По мере приближения к оси конуса расстояние уменьшается, что будет отражается на экране. Когда рыба проходит через ось, расстояние до неё начинает увеличиваться, в результате чего на движущейся картинке экрана появляется дуга^[7].

Величина и кривизна дуги определяются шириной диаграммы направленности преобразователя. Чем шире конус излучения, тем более отчётливо видна дуга. Когда рыба попадает в зону действия излучения, её изображение становится более тонким из-за ослабления мощности на границах диаграммы. По мере приближения рыбы к центру, толщина дуги увеличивается и достигает максимума в центре зоны излучения. Когда рыба покидает зону излучения, картина меняется в обратном направлении — толщина дуги уменьшается. Если рыба проходит по границе зоны излучения, дуга может быть едва заметной или вообще отсутствовать.

В некоторых моделях эхолотов есть функция Fish Symbols, которая позволяет отображать принятые сигналы в виде символов — «рыбок» разного размера. Функция работает только в автоматическом режиме. Когда функция Fish Symbols активна, на экране отображаются только символы; другие отметки не выводятся. Ряд моделей рыбопоисковых эхолотов могут быть оснащены датчиками бокового обзора. В таком случае они могут вести обнаружение рыбы не только под судном, но и по обеим сторонам от него^[7].

Эхолот способен определять характер дна: твёрдый грунт, ил или водоросли. Твёрдые породы лучше отражают звуковые волны, чем мягкий ил или песок. Так, например, твёрдое дно на экране будет отображаться более широкой полосой, чем мягкое дно^[7].

Для улучшения способности эхолотов различать сильные и слабые сигналы, была разработана функция White Line — «белая линия» (в некоторых случаях её называют Grayscale — «серая линия»). Зачастую количество оттенков указывается в спецификации модели. При активации такой функции дно отображается в оттенках чёрного и серого. Например, мягкий ил будет изображён с тонкой серой полосой, а твёрдое дно — с широкой серой полосой^[8].

Первый рыбопоисковый эхолот, или гидролокатор, предназначенный для поиска подводных рыб или их скоплений, был изобретён в Японии в 1940-х годах братьями Фуруно, которые занимались ремонтом радиоприёмников. В основе идеи устройства лежали знания рыбаков, которые могли определять наличие и количество рыбы по пузырькам воздуха на поверхности воды. Для этих целей братья решили использовать сонар — передовую технологию того времени. Они создали первый прототип измерительного преобразователя и обнаружили, что могут самостоятельно находить рыбу. В 1948 году братья Фуруно представили свой рыбопоисковый прибор для использования на коммерческих рыболовных судах. Он стал первым в мире практическим рыбопоисковым устройством и получил название Furuno Fish Finder^[9][10].

В 1957 году в США появился первый портативный эхолот для любителей рыбалки — Lowrance Fish Lo-K-Tor, также известный как «маленький зелёный ящик». Устройство поступило в продажу в 1959 году по цене 150 долларов, что эквивалентно примерно 1610 долларам в 2024 году^[11][12][13].

В начале 1970-х годов в популярной модели глубиномера использовалось электромеханическое устройство для считывания данных и ультразвуковой датчик, который погружался в воду, На конце рычага была закреплена неоновая лампа, которая вращалась вокруг круговой шкалы с постоянной скоростью благодаря небольшому электродвигателю. Круговую шкалу откалибровывали в соответствии с глубиной воды.

Прибор был запрограммировано на отправку импульсов ультразвуковых волн, когда лампа достигала нулевой отметки на шкале. Измерительный преобразователь был настроен на улавливание отражённых ультразвуковых сигналов. Когда эхо возвращалось к датчику, лампа начинала мигать, а по её положению на шкале можно было определить, сколько времени прошло и, соответственно, какова глубина воды^[14]. Лампы также давали небольшую мерцающую вспышку при эхолокации рыбы. Как и современные бюджетные цифровые эхолоты, они не давали информацию о рельефе дна. Их точность была невысока, а при ярком освещении они были трудночитаемы. Несмотря на эти ограничения, их можно было использовать для приблизительной оценки глубины, например, чтобы проверить, не находится ли судно в опасной зоне.

В результате объединения электронно-лучевого прибора с глубиномером для коммерческого рыболовства появился рыбопоисковый эхолот. С появлением больших жидкокристаллических дисплеев, которые потребляют меньше энергии, чем электронно-лучевые приборы, в начале 1990-х годов рыбопоисковые глубиномеры стали доступны для любителей.

Современные рыбопоисковые устройства, предлагаемые любителям, часто имеют цветные жидкокристаллические экраны, встроенный GPS, возможность построения карт и поставляются в комплекте с измерительными преобразователями. Однако некоторые из них не обладают функцией непрерывной записи, которая есть у навигационных эхолотов на крупных судах. Тем не менее, существуют продвинутые устройства, которые могут сохранять записи на компьютере^[15].