На какой глубине работает GPS?
Пост периодически обновляется
Приветствую, глубокоуважаемые!
Глянув сегодня в отчет Яндекс.Метрики, увидел, что кто-то искал такое:
Это вообще не что-то из ряда вон выходящее, мы с коллегами подобное наблюдаем с завидной регулярностью:
Пруфы:
Обновление от 20.06.2023
Обновление от 07.06.2023
Обновление от 05.06.2023
Обновление от 18.05.2023
Обновление от 04.04.2023
Обновление от 23.03.2023
И первичный набор, побудивший написать этот пост:
…и короткий ответ такой:
Ни на какой: GPS (GLONASS, Galileo, Beidou и т.п.) не работают под водой. Достаточно слоя в несколько сантиметров для того, чтобы приемник потерял сигнал.
Мы прекрасно понимаем, что отлей мы это хоть в граните, или даже объяви об этом президент в новогоднем обращении, все равно найдутся те, кто не увидит и не услышит. Но для успокоения своей совести, расскажем чуть более подробно о проблеме.
Итак.
Как правило, вся вода, с которой можно столкнуться в рамках обозначенной проблемы - не дистиллированная. То есть в ней что-то растворено и в основном это соли. Растворенными солями обуславливается проводимость воды, которая в свою очередь ответственна за затухание электромагнитных волн.
В копилку бесполезных фактов
Проводимость пресной воды в среднем составляет 0.01 C/м (Сименс на метр), а проводимость морской воды примерно в 400 раз выше, т.е. находится в пределах 4 С/м. Зачем нам это знание? У меня, например, нет интуитивного понимая таких единиц измерения. Ну, разве что можно блестнуть фрагментарными знаниями в душной заумной беседе =)Если переводить все в какое-то более-менее ощутимое русло, то можно сформулировать такую мысль:
В морской воде радиоволны затухают на расстоянии порядка длины волны.
Поэтому кстати, знаменитая сверхдлиноволновая связь с подводными лодками именно сверхдлиноволновая. Напомним, что длина волны $\lambda$ электромагнитных колебаний связана с частотой $\nu$ через скорость распространения волн - скорость света $c$:
\[\lambda=\frac{c}{\nu}\]Для наглядности выпишем в табличку разные частоты и соответствующие им длины волн:
| Частота $\nu$ | длина волны $\lambda$ |
|---|---|
| 1 Гц | 300000 км |
| 10 Гц | 30000 км |
| 100 Гц | 3000 км |
| 1 кГц | 300 км |
| 10 кГц | 30 км |
| 100 кГц | 3 км |
| 1 МГц | 300 м |
| 10 МГц | 30 м |
| 100 МГц | 3 м |
| 1 ГГц | 0.3 м |
| 10 ГГц | 0.03 м |
Давайте теперь чуть подробнее про подводные лодки.
Сверхдлинноволновая станция связи - это сложнейшая инженерная структура. Собственно, на данный момент такие штуки есть только у США и у РФ, которой они достались в наследство от древней могучей цивилизации. Подводный флот Ее (или уже Его) Величества планировал было обзавестись своей - да не осилил и проект был похерен.
Американская станция “Seafarer” и советская “Зевс” передают на частотах 76 и 82 Гц соответственно (длины волн 3944.64 и 3656 км).
Передающая антенна для таких штук - это просто два вкопаных в землю на расстоянии в десятки километров друг от друга огромных электрода, КПД крайне низкий - на каждый ватт излученной энергии нужно затратить до 100 (!) кВт. Лодки само собой могут только принимать, для чего у них обычно есть магнитная антенна для приема на небольших глубинах и буксируемая протяженная, для работы на глубинах в сотни метров. При этом, даже протяженная антенна обычно всплывает, чтобы быть поближе к поверхности.
Есть конечно еще системы с рабочими частотами повыше - от 3 до 30 кГц, согласно нашей таблице это длины волн в диапазоне от сотен до десятков километров. Такие волны проникают в морскую воду на глубины всего до 20 метров. Первый такой передатчик сделали еще на излете третьего рейха в 1943 году.
Теперь, мне кажется, масштаб явления примерно понятен.
Что еще есть из радио под водой? Ну, есть радиоуправляемые игрушки для аквариума, есть разные модельки подводных лодок, которые в бассейнах, прудиках и озерцах ныряют на несколько десятков сантиметров. Работает это все на 27 МГц и в пресной воде.
Что же касаемо GPS - то там все еще более прозаично. Ниже таблица с частотами существующих GNSS:
| Система/Полоса (band) | Несущая частота, МГц | Длина волны, м | Полоса, МГц |
|---|---|---|---|
| GPS L1 | 1575.42 | 0.19 | 15.345 |
| GPS L2 | 1227.6 | 0.244 | 11 |
| GPS L5 | 1176.45 | 0.255 | 12.5 |
| QZSS L5 | 1176.45 | 0.255 | 24 |
| QZSS L2C | 1227.6 | 0.244 | 11 |
| QZSS E6/LEX | 1278.75 | 0.235 | 20 |
| QZSS L1 | 1575.42 | 0.190 | 12 |
| GLONASS I L1 | 1602 | 0.18 | 6.5 |
| GLONASS I L2 | 1246 | 0.241 | 5 |
| GLONASS II L1 | 1575.42 | 0.1904 | 6.5 |
| GLONASS II L1 | 1600.995 | 0.1874 | 15.365 |
| GLONASS II L2 | 1248.06 | 0.2404 | 8.75 |
| GLONASS II L3 | 1202.025 | 0.2496 | 20.46 |
| GLONASS II L5 | 1176.45 | 0.255 | 10.22 |
| GALILEO E1 | 1575.42 | 0.1904 | 12 |
| GALILEO E5b | 1207.14 | 0.248 | 12.5 |
| GALILEO E5a | 1176.45 | 0.255 | 12.5 |
| GALILEO E6 | 1278.75 | 0.2346 | 20 |
| COMPASS CPII/Beidou E2 | 1561.098 | 0.1921 | 16 |
| COMPASS CPII/Beidou E5 | 1207.14 | 0.248 | 16 |
| COMPASS CPII/Beidou E6 | 1268.52 | 0.2364 | 16 |
| COMPASS CPII/Beidou B1 | 1561.098 | 0.1921 | 4.092 |
| COMPASS CPII/Beidou B1-2 | 1589.74 | 0.1887 | 4.092 |
| COMPASS CPII/Beidou B2 | 1207.14 | 0.248 | 24 |
| COMPASS CPII/Beidou B3 | 1268.52 | 0.2365 | 24 |
| COMPASS CPII/Beidou, B1-BOC | 1575.42 | 0.1904 | 16.368 |
| COMPASS CPII/Beidou, B2-BOC | 1207.14 | 0.248 | 5.115 |
| COMPASS CPII/Beidou, B3-BOC | 1268.52 | 0.2365 | 5.805 |
| COMPASS CPII/Beidou, L5 | 1176.45 | 0.255 | 24 |
| IRNSS-1, L5 | 1176.45 | 0.255 | 24 |
| IRNSS-1, S-Band | 2492.028 | 0.1204 | 16.5 |
Как видно, все частоты лежат в диапазоне от 1 до 2.4 ГГц.
А знаете кто еще был австрийцем и рисовал акварелью у чего еще несущая частота 2.4 ГГц?
У микроволновки. Потому что микроволновка должна нагревать воду, а 2.4 ГГц - это как раз примерно середина в спектре поглощения воды.
Так что, GPS - это не для подводы. Вы же видите - буквально вся вселенная против =)
То, что выпускаем мы - “Underwater GPS” - работает на гидроакустике. Наш подводный GPS - самый близкий по функционалу и идеологии к обычным GNSS: Четыре буя - будто четыре спутника ретранслируют навигационный сигнал гидроакустически, неограниченное число приемников могут одновременно определять свое географическое местоположение под водой. Плюс еще наши приемники эмулируют протокол обычных GPS-приемников.
У нас за семь с лишним лет скопилось большое число треков, записанных при помощи нашего подводного GPS - мы и сами записывали и клиенты присылали. Некоторые из них можно посмотреть и даже скачать в формате KML вот на этой страничке.
Тот Underwater GPS который от норвежского стартапа - к GPS совсем никакого отношения не имеет. Это короткобазисная система, работающая по угломерно-дальномерному методу (или просто по дальномерному). Со всеми вытекающими.
На этой жизнеутверждающей ноте разрешите закончить.
Ваши, до глубины души
@AlekUnderwater
@Vital792
@AndreyUnderwater
@StDmitriev