CAI 300 DDV
CAI 300 Display
Планерный спорт, вероятно, до сих пор по советской еще терминологии относится к техническим. Техника, действительно, имеет большое значение: и сам планер, и авионика, которой он оснащен являются истинными чудесами инженерной мысли. С планером, положим, все понятно -- вылизанная до невообразимого совершенства аэродинамика, современнейшие материалы, технологии и конструкции...
Ну а что же с авионикой? Полвека назад сама постановка вопроса вызвала бы недоумение. Какая авионика в планере? Механические высотомер и указатель скорости составляли полный комплект приборов.
Жизнь, однако, не стояла на месте. В первую очередь усовершенствованию подверглись вариометры -- приборы для измерения вертикальной скорости по изменению атмосферного давления. От простых, некомпенсированных механических вариометров эволюция дошла до сверхчувствительных электрических, а затем и электронных приборов для измерения полной энергии планера с аудио-индикацией. С развитием компактной электроники обосновались на планерах и бортовые радиостанции, а вслед за ними и первые примитивные аналоговые бортовые вычислители.
CAI 300 DDV |
CAI 300 Display |
Но настоящую революцию в авионике совершило, конечно же, появление и развитие микропроцессорной техники -- такой, например, как Cambridge Aero Instruments 300 series Direct Digital Vario. Вариометр, входящий в состав этого прибора, считывает и оцифровывает показания датчиков давления несколько десятков раз в секунду, и все дальнейшие операции, такие, как фильтрация и сглаживание, детектирование, компенсация и экстраполяция выполняются уже в цифровом виде. Алгоритм, реализованный программой и выполняющийся 32-разрядным микропроцессором, может быть значительно сложнее -- и точнее -- чем простые аналоговые цепи. К тому же, микропроцессор может выполнять множество вспомогательных программ параллельно, обеспечивая в удобной для считывания форме дополнительную информацию о параметрах полета и окружающей обстановке. Тот же CAI 300 на своем компактном жидкокристаллическом дисплее показывает высоту, среднюю скороподъемность за 20 сек, число MacCready и наивыгоднейшую воздушную скорость. Переключаясь между дополнительными режимами прибора пилот может получить (или установить, для некоторых настроек) такую информацию как барометрическое давление на высоте или на уровне моря, напряжение основной и вспомогательной бортовых батарей электропитания, постоянную времени вариометра (отдельно для аудио и для стрелки), колличество водобалласта на борту, воздушную скорость, величину перегрузки отдельно вдоль вертикальной (Y) и продольной (X) осей, температуру за бортом и ряд других. Измерение всех этих величин -- не самоцель: например, величины перегрузок учитываются в алгоритме вариометра, а температура нужна для вычисления истинной воздушной скорости, в свою очередь используемой компьютером для определения скорости и направления ветра. (Замечательная деталь: даже всем знакомая и вполне аналоговая, на первый взгляд, стрелка вариометра на самом деле приводится ...шаговым электродвигателем.) При этом размеры прибора составляют ничтожные даже по авиационным меркам 63 х 63 х 136 мм, вес -- 0,4 кг, потребляемая мощность -- 2-3 Вт. Все манипуляции с прибором выполняются посредством всего одной (!) ручки на передней панели. (Полная документация и характеристики CAI 300 на сайте фирмы.) И только механические высотомер и указатель скорости остались по сути неизменными с момента их появления.
Зато неузнаваемо изменились бортовые компьютеры. Микропроцессорный вычислитель мог сопрягаться с электронным вариометром и получать от него данные о высоте, вертикальной и горизонтальной скоростях полета, рассчитывать время и располагаемую дистанцию, собирать статистику о полете... Недоставало только одного. Пропущенным звеном в цепи обработки информации оставались данные о пространственных координатах планера. Без этих данных вычислителю приходилось требовать ввода пространственной информации пилотом. Процедура использования бортового компьютера усложнялась по мере усложнения его функций, отвлекая на себе все больше внимания пилота.
 Garmin GPS 18 |
Ситуация радикально изменилась с появлением системы глобального позиционирования и компактных, дешевых и экономичных приемников GPS, пригодных для использования на борту планера. Одним из таких приемников нового поколения является, например, Garmin GPS 18. Этот приемник GPS является скорее компонентом-датчиком пространственного положения, чем законченным потребительским продуктом: он не имеет ни своего дисплея, ни органов управления, а лишь круглый корпус диаметром 60 мм и выходящий из него кабель с разъемом. Такое решение позволяет снизить, вес, габариты и, что особо важно для планера, энергопотребление прибора, а также и его стоимость: Garmin GPS 18, GPS 35 и аналогичные OEM GPS-датчики продаются сегодня по ценам от 80 до 140 $ (здесь и далее доллары США), что делает их серьезными конкурентами традиционным low-end handheld GPS, таким как устаревший Garmin GPS 12 или более современный eTrex (от 100 $). Несмотря на внешнюю простоту, GPS 18 обладает незаурядными характеристиками, такими как двенадцать одновременно принимаемых каналов, точность позиционирования в пределах трех (!) метров (95%, при использовании WAAS -- Wide Area Augmentation System), возможность вывода данных через интерфейсы RS-232 или USB2.0, питание от нестабилизированного напряжения в широком диапазоне 9-50 В и ничтожное энергопотребление порядка 1 Вт. Как и более ранние модели, этот приемник выдает позиционную информацию в формате NMEA 0183, т.е. в виде набора простых для обработки текстовых строк определенного формата, поступающих с заданной периодичностью, например, раз в секунду. Теперь компьютер стал получать позиционную информацию непосредственно с датчика GPS, автоматически, в реальном времени и с высокой точностью. Это позволило вычислять такие параметры, как дистанцию до контрольной точки или посадочной площадки, необходимую высоту или располагаемый фактор скорости (число MacCready), направление и силу ветра и его влияние на соотношение планирования и многое другое.
Следующий шаг был сделан с появлением карманных PDA, по вычислительной мощи сравнимых с персональным компьютером. Теперь такой компьютер, соединенный с электронным вариометром и приемником GPS мог хранить, собирать и обрабатывать еще больше полетной информации. Форма отображения этой информации практически не ограничена -- цветной дисплей с разрешением "четверть VGA" (320х240) и выше и синтезированный звук предоставляют обширные возможности разработчикам ПО. Движущаяся карта местности с нанесенными на нее поворотными пунктами маршрута, аэродромами и ориентирами стала нормой. И все это -- в формате, буквально помещающемся на ладони. Метод общения с компьютером -- тач-скрин. Очень удобно: весь ввод делается методом "тыка" -- указывая прямо пальцем на экране на чувствительные к контексту элементы графического интерфейса программы. И даже такие вкусности, как встроенная в PDA функция диктофона могут пригодиться, например, для записи коротких заметок голосом о ходе полета.
База данных в бортовом компьютере, некогда представленная всего-навсего приближенной моделью поляры планера, пополнилась вначале информацией об аэродромах, включая высоты над уровнем моря, радиочастоты, направления полос и навигационную информацию, а затем и полной цифровой картой рельефа. Теперь компьютер знал высоту земной поверхности в любой ее точке и мог точно рассчитать глиссаду не только к заданному аэродрому или посадочной площадке, но и к горному перевалу, хребту или вершине. И все это -- в реальном времени, с учетом текущего ветра, поляры, числа MacCready, коэффициентов запаса и проч., и даже для долета через несколько поворотных точек. Никогда прежде расчет долета не был так прост, точен и оперативен. Стала возможной оптимизация в реальном времени новых современных типов упражнений, таких как полет через заданные области или через выбранные пилотом точки.
Здесь необходимо отвлечься от компьютерного славословия и отметить следующее. Все эти компьютеры так убийственно точны -- в большинстве случаев они гораздо точнее, чем нам нужно. Но если компьютер говорит мне с точностью до фута, сколько высоты понадобится на стокилометровый переход, то значит ли это, что следует ему верить буквально? И если цифровой высотомер показывает, что у меня ровно эта высота и есть -- опять таки с точностью до фута -- то значит ли это, что следует идти на такой переход, скажем, над водой или непроходимыми горными перевалами?
Сколь бы совершенными не были наши инструменты, никогда не стоит позволять им заменять для нас реальность. А реальность такова, что если ошибка на полметра в секунду при вычислении ветра уже играет роль при расчете долета, то пора серьезно задуматься о подходе в целом. И, возможно, выкинуть компьютер, и поучиться летать без него.
В дополнение к "расчетным" функциям бортового компьютера, PDA с его обширной базой данных предоставляет в распоряжение пилота и функции информационные. Например, помимо уже упомянутой информации об аэродромах и посадочных площадках, компьютер хранит и отображает визуально различные классы контролируемого воздушного пространства. При приближении к такому пространству пилот может получать звуковое предупреждение и визуальную и текстовую информацию о конфигурации и параметрах воздушного пространства, а также радиочастоты соответствующих органов управления воздушным движением.
Новая страница в истории использования PDA в планере открылась с распространением доступного мобильного интернета. Подключенный к сотовому телефону, сотовому модему или к любительской УКВ-радиостанции на соответствующей частоте, PDA получил доступ в Сеть прямо из кабины. Скачать из Сети спутниковую карту погоды над районом полетов в реальном времени? Легко. Заглянуть за горизонт, в буквальном смысле слова? Пожалуйста. Сообщить на базу текущие координаты, курс, скорость и высоту? Делается автоматически каждую минуту. Принять координаты других планеров поблизости? Уже сделано. Последнее, кстати -- реальная подмога безопасности полетов в густонаселенном небе, где для должной осмотрительности в воздухе уже не хватает просто пары глаз.
 Compaq AERO |
 Transplant GPS Sleeve |
 1653 TeleType GPS CF v3.0 Receiver |
Одна из особенно популярных моделей PDA для использования в планерах -- устаревший и снятый с производства, но все еще доступный КПК Compaq AERO 1550 (factory refurbished от 140 $ или с рук, например, на eBay). Несмотря на то, что эта модель уступает более современным iPaq'ам и их аналогам в быстродействии и объеме памяти, ее возможностей вполне достаточно для использования в качестве флайт-компьютера. Более того, ряд особенностей выгодно отличают ее от аналогов: она меньше по габаритам и весу чем iPaq'и, имеет качественный монохромный дисплей (16 уровней серого) и, что особенно важно, слот для Compact Flash Memory Card прямо в основном конструктиве устройства, тогда как большинство iPaq'ов требуют использования отдельного Expansion Sleeve.
(А важно это потому, что флэш-память -- энергонезависимая, и потому незаменима для резервного копирования программ и данных. У меня уже было такое, что неосмотрительно оставленый на солнце комп перегрелся и перестал грузиться. Пришлось вынимать обе батареи (основную и резервную "пуговицу") чтобы сбросить все остатки его пережаренных мозгов -- и естественно убить все, что на нем было. Хорошо, что у приятеля оказалась карточка со всем софтом и базами. Теперь и я никуда без карточки.)
Более медленный процессор этой модели означает меньшее энергопотребление, что всегда будет критично для планеров. Даже наличие цветного дисплея не обязательно является преимуществом последних моделей. Ранние цветные модели имели дисплей с подсветкой, работающий на просвет. Такие дисплеи были совершенно непригодны для использования под прямым солнечным светом. Более поздние цветные модели оснащались рефлективными (transreflective TFT) дисплеями, отлично работающими при любом освещении, но энергопотребление таких дисплеев оказалось непозволительно высоким по сравнению с традиционными LCD.
Могут также сопрягаться с GPS и использоваться в качестве флайт-компьютеров и PDA фирмы Palm. Однако их более ограниченные графические и вычислительные возможности и, главное, существенно более ограниченный выбор специального программного обеспечения для них делает их выбор не столь привлекательным по сравнению с устройствами под управлением операционной системы Windows CE. Более того, разница в цене между подходящими нам моделями Palm (200-500 $) с одной стороны и iPaq (300-600 $) и, особенно, их аналогами (Dell Axim, от 200 $) с другой не настолько значительна, чтобы пренебречь очевидной разницей в уровне предоставляемых возможностей.
Еще одна новинка, связанная с совершенствованием PDA и GPS -- это GPS-приемники, выполненные в формате Compact Flash Card или Expansion Slot и сопрягаемые конструктивно с PDA. Пример -- 1653 TeleType GPS CF v3.0 Receiver или Transplant IGPSJ GPS Sleeve for iPaq. Цена таких приемников колеблется в диапазоне 150-200 $, т.е. несколько дороже автономных OEM-датчиков, но может быть оправдана компактностью и модульностью получаемого решения -- вся связка помещается на небольшом наколенном планшете и не требует ни дополнительных кабелей, ни постоянного крепления компонентов в планере. Даже питание от бортовой сети планера не является абсолютно необходимым -- на одной только собственной батарее (большой, 3400 мА*ч) PDA Dell Axim в связке с TeleType GPS CF может проработать порядка семи часов.
Наконец, как несколько экзотическое, но вполне практичное решение может быть предложена комбинация компактного автономного GPS-приемника и компьютера-PDA, связанных беспроводным интерфейсом Bluetooth. Такое решение позволяет разместить GPS-приемник отдельно и независимо от компьютера, что может оказаться удобным с точки зрения эргономики и обеспечить лучшее размещение антенны для более надежного и устойчивого приема GPS сигнала.
Итак, имеем цифровой вариометр в роли Air Data Computer и приемник GPS, которые поставляют информацию в компьютер-PDA. Какое программное обеспечение существует для различных PDA, и какие возможности оно предоставляет пилоту? На сегодня я знаю о существовании пяти различных программ. Очень коротко:
| Жми скриншот чтобы увеличить: |
 Glide Navigator II |
 GPS_LOG |
 CEGlide |
 WinPilot |
 SoaringPilot |
Характеристики программ, их возможности и стоимость, а также ссылки на веб-сайты, где можно ознакомиться с ними подробнее и посмотреть скрин-шоты, сведены в таблицу (впрочем, довольно старую и сумбурную -- делал когда-то для себя, так что не стреляйте в пианиста). Стоимость программ варьируется от Freeware до 475 $, притом что диапазон возможностей, в общем-то, сравним у них у всех.
Необходимая оговорка: невозможно объективно оценить удобство пользовательского интерфейса. Да и разница в восприятии интерфейса "дома в кресле" и в кабине -- как день и ночь. Даже если мы говорим о закрытой, сравнительно комфортабельной кабине. Это, в частности, одна из претензий к GPS_LOG -- у него немного "кабинетный" интерфейс, с традиционными меню и маленькими кнопочками. С другой стороны, интерфейс PocketNAV'а, пока пробуешь его дома, кажется пустоватым и примитивным, чрезмерно упрощенным и каким-то аляповатым, грубым. А в кабине оказывается -- то что доктор прописал.
Я отчетливо предпочитаю упрощенный, схематический интерфейс, когда на экране -- не фейерверк цвета и буйство форм, а одна линия, одна стрелка, несколько ключевых чисел (не более трех) и остальное -- точки, двух-трех типов от силы. Ведь на взгляд на экран есть лишь доли секунды -- все остальное время глаза снаружи. На других планерах поблизости, на рельефе, подбирают площадку, выискивают свежие облака, птиц или пыльные смерчики. Если интерфейс требует разбираться, возя пальцем по экрану в поиске нужных цифр или информации, то это в морг, IMHO.
Ваша оценка может отличаться, поэтому очень рекомендую все программы пробовать -- у большинства есть режим симулятора. Я в свое время обнаружил, например, что с PocketNAV я могу справиться, ведя машину. А с GPS_LOG -- не могу, слишком отвлекает. (Экспериментируйте ответственно -- вокруг вас люди!)
Или вот еще эксперимент, попроще. Положите рядом, бок о бок два КПК с демо-версиями двух разных программ или запустите рядом два симулятора. А дальше попробуйте три простых действия с каждым:
(Если кто попробует, сообщите мне о своих впечатлениях, пожалуйста.)
Вот коротенько список возможностей типичного компьютера и программы:
Как уже упоминалось, бортовой компьютер собирает и хранит полетную информацию. В число собираемых параметров входят: время, GPS-координаты, барометрическая и GPS-высота, информация о состоянии GPS-приемника и еще несколько опциональных величин. Все параметры записываются раз в одну, две, четыре или восемь секунд, в зависимости от настроек и режима полета. Получающийся файл достаточно компактен: при записи параметров раз в две секунды за час используется менее 100 КБ памяти даже без сжатия (текстовый файл в формате IGC). Это значит, что в свободной памяти среднего PDA может поместиться несколько сотен часов полетной информации.
В дополнение к записи и хранению полетной информации, компьютер может служить и средством подтверждения выполненного полета. Если GPS-приемник и компьютер с хранилищем полетной информации объединены конструктивно, и такая комбинация утверждена соответствующей официальной комиссией при FAI, то результат -- файл с записью полета -- может быть предъявлен и принят как подтверждение спортивного достижения на любом уровне, вплоть до мировых рекордов. И это при том, что файл представляет собой легко читаемую текстовую информацию, ни каким образом не закодированную и не зашифрованную. Вместо шифрования всего файла он снабжается цифровой подписью, подтверждающей аутентичность информации. (Для знакомых с современными способами защиты информации: IGC требует использования несимметричных криптографических методов, т.е. дайджест файла шифруется аппаратно хранимым в рекордере приватным ключом, и дешифруется при проверке соответствующим ему и широко известным публичным ключом.) Таким образом ушли в прошлое сложные, ненадежные и неточные процедуры подтверждения полетов посредством фотографирования земных ориентиров в поворотных точках маршрута.
Одним из таких флайт-рекордеров является прибор из уже знакомой нам серии CAI 300. Модель CAI 302 включает в себя помимо описанного выше цифрового вариометра еще и приемник GPS и память для хранения треков. Все это -- в том же самом корпусе 63 х 63 х 136 мм. GPS и PDA увеличивают энергопотребление примерно на 1 Вт и 2 Вт соответственно, доводя сумму до все еще вполне приемлемых 5-6 Вт (емкость типичной аккумуляторной батареи на планере 80-140 Вт*ч). Встроенной энергонезависимой памяти прибора достаточно для хранения 100 часов полетной информации при записи одной точки каждые четыре секунды, после чего использованная память перезаписывается циклически. Цена модели CAI 302 (2300 $ + PDA) может показаться не такой уж маленькой. Но если учесть все функции, собранные в этом приборе и сравнить со стоимостью аналогичного по возможностям комплекта из отдельных приборов (вариометр 600-900 $ + флайт-компьютер 1500-2000 $ + GPS/флайт-рекордер 600-1000 $), то экономия от интеграции становится очевидной.
Более того, для тех приложений (любительские и клубные полеты, местные соревнования и т.п.), где не обязательно использовать сертифицированное FAI оборудование, можно собрать простое модульное решение за существенно меньшие деньги -- достаточно посмотреть на приведенные выше цены. Так например, минимальная комбинация из GPS-приемника и компьютера-PDA с одной из бесплатных программ может обойтись всего от 300-400 $. Такая комбинация, хотя и не включает то, что называется Air Data (истинную воздушную скорость, например), тем не менее вполне в состоянии покрыть 90% возможностей даже самых продвинутых и дорогих систем. В частности, запись трека полета она осуществит столь же успешно.
(Впрочем, и с Air Data все обстоит не так уж плохо. Ряд современных карманных GPS-приемников (eTrex Summit, например) имеет встроенный барометрический высотомер, данные от которого поступают в тот же NMEA-поток, что и позиционная информация и, значит, могут использоваться подключенным PDA. Высотомер, правда, увеличивает цену GPS сразу на добрых 150 $, но не решает другой, более важной задачи -- определения истинной воздушной скорости. Высота в принципе, есть и в данных от GPS (обычно, т.е. не во всех форматах и/или предложениях). Проблема с ней в том, что высота по GPS отличается от "реальной" АКА официальной (по давлению) весьма значительно. На наших высотах расхождение в 300-400 метров -- не редкость. Использование наконец-то доступной с июля 2003-го года системы WAAS может уменьшить, но не устранить это расхождение.)
Существует сравнительная таблица для примерно трех десятков систем в диапазоне цен от 350 до 4000 $ с матрицей функций, выполняемых каждой системой. Только четыре из 30-ти не поддерживают запись треков в том или ином виде.
Файл с записью полета может быть передан на персональный компьютер для анализа и обработки. Анализ и обработка могут быть чем угодно -- от оценки результатов выполнения упражнения и автоматического судейства соревнований до визуального отображения траектории полета и расчета статистики.
 Vector maps |
 Raster maps |
 Statistics |
 3D maps |
 Flight Analysis |
Так например, все иллюстрации к описанию одного из полетов сделаны из единственного .IGC-файла замечательной программой анализа и визуализации треков SeeYou. Братья-славяне постарались и сделали общепризнанно лучшую в мире программу для работы с треками. Функции программы включают:
(Disclaimer: я не продаю программу SeeYou и не коим образом не связан с коллективом разработчиков... А жаль! :)
Одна из уникальных возможностей SeeYou -- способность передавать воспроизводимую полетную информацию в форме GPS-потока обратно в бортовой компьютер. Таким образом воспроизвести полет можно не только на экране ПК, но и в показаниях бортового компьютера -- точь-в-точь как в самом полете.
Недавнее дополнение к программе -- откалиброванные в набор растровых карт спутниковые фотографии всей земной поверхности с довольно приличным (порядка 30 м/пиксель) разрешением. При наложении спутниковых фотографий на трехмерную модель рельефа получаются, как вы можете убедиться, довольно реалистичные изображения.
Впрочем, довольно слов. Хотите посмотреть, как вся эта техника и технология работает на деле? К продолжению осмотра.
|
К оглавлению полетов
Домой |
|