Kada izađete iz grada, uobičajena stvar poput pametnog telefona više ne pomaže. Potreban vam je pouzdan uređaj koji vam pomaže da se krećete u prostoru (a ponekad i u vremenu), kao i da dobijete druge važne informacije. Štaviše, uređaj bi trebao biti što lakši, kompaktniji i, u tom slučaju, višenamjenski. Ovaj digitalni kompas je upravo to. Sa njim (i sa napunjenim baterijama u rezervi) se nećete izgubiti, tačno ćete odrediti tačku na kojoj se nalazite, što znači da ćete shvatiti kuda dalje.

Uređaj je težak mnogo manje od 100 grama, udobno i lako leži u ruci, ima nekoliko ugrađenih senzora, ekran sa tečnim kristalima i mogućnost čuvanja istorije poslednjih snimljenih podataka (do 8 pozicija). Zgodna trakica za vješanje oko vrata i LED element za osvjetljenje u mraku upotpunjuju osnovne karakteristike na udoban nivo.

Ugrađene karakteristike:

1. sat;
2. kalendar;
3. termometar;
4. barometar;
5. visinomjer;
6. kompas;
7. vremenski senzor.

A sve zajedno omogućava ne samo da odredite koordinate vaše lokacije, već i da odredite pravi kurs do vašeg odredišta.

Sat i kalendar

Sa ovim brojačima, razumljivim i deci, sve je jednostavno. Jednom postavite tačan datum i vrijeme i pratite trenutni trenutak. Možete odabrati 12-časovni ili 24-satni format prikaza vremena. Pritiskom na tipku SET se možete pomicati s vremena na datum. Dug pritisak na dugme SET omogućava vam da uđete u režim podešavanja, u kojem možete podesiti datum/vreme, kao i odabrati uobičajene merne jedinice.

Termometar

Temperatura se može prikazati u Celzijusima ili Farenhajtima. Postoji i nekoliko opcija za određivanje stanja vremena za blisku budućnost: vedro, pretežno oblačno, oblačno i padavine. Informacije se ažuriraju svakih 30 sekundi.

Barometar

Vrijednost atmosferskog tlaka, kao i vrijeme sa datumom i trenutnom temperaturom se prikazuje na displeju u standardnom režimu. Informacije se ažuriraju svakih 30 sekundi. Ako su potrebni tačni podaci, pritisnite i držite tipke SET i ALTI. Atmosferski pritisak se može prikazati u milimetrima žive i u hekto-paskalima.

Altimetar

Pritiskom na dugme ALTI prelazi se u režim merenja apsolutne visine (ABS). Podaci se ažuriraju svakih 5 sekundi. Držanje dugmeta ALTI stavlja vas u režim relativne visine (REL) i resetuje ekran na 0. Nadmorska visina se može meriti u metrima ili stopama.

Kompas

Pritiskom na tipku COMP možete se prebaciti na način rada kompasa. Držanjem istog dugmeta prelazi se u njegov testni mod. Kako to učiniti detaljno je opisano u priloženim uputama. Prilikom mjerenja smjera držite kompas dalje od magnetnih polja. Do izobličenja može doći zbog drugih magneta u blizini, kao i zbog željeznih i čeličnih predmeta.

Općenito, s takvim ručnim elektroničkim pomoćnikom nećete se izgubiti. Još jednom vas podsjećamo na nabavku baterija. Ovdje se koriste "mali prsti".

Poklon za putnika

Ovako korisna stvar će, naravno, biti cijenjena od strane onih koji vole dugo kampovati, posebno u planinskim područjima. A može koristiti i pedometar i višenamenski alat 4 u 1. Višenamenski alat ima moćnu baterijsku lampu, noćnu lampu, ventilator i muzički uređaj (reprodukcija MP3 fajlova i radio). Prilikom parkiranja i po mraku dosta pomaže.

Karakteristike

• 7 u 1: sat, kalendar, termometar, vremenski senzor, kompas, visinomjer, barometar;
• uputstva su u prilogu;
• LCD ekran;
• pozadinsko osvetljenje sa LED signalom u trajanju od 5 sekundi;
• čuvanje i pregled istorije prethodnih vrednosti;
• dimenzije: 6,5 x 2,5 x 10 cm;
• težina: 85 g;
• period ažuriranja podataka: 30 sekundi;
• temperaturni opseg: -10°C do 50°C (14-122°F);
• raspon visina: -305 m do 9.144 m (-1.000 do 30.000 ft);
• opseg atmosferskog pritiska: od 225 mm Hg do 788 mm Hg (301-1051 hPa);
• Radi na 2 AAA baterije (nisu uključene)
• postoji čipka;
• brend: LeFutur;
• pakovanje: markirana kutija;
• dimenzije kutije: 7 x 11 x 3 cm.

Do nedavno u geodezija Uglavnom su se koristili kompasi i kompasi, gdje je osjetljivi element magnetizirana igla koja se okreće na štapu i koristi se u raznim modifikacijama ovih uređaja nekoliko milenijuma. Prilikom orijentacije igla zauzima takav položaj da njena ravnina postaje paralelna s linijama magnetskog polja koje prolaze na ovom mjestu. Ako igla ima dva stupnja slobode, tj. može se rotirati u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini, tada će smjer u kojem je igla usmjerena pokazati i deklinaciju i nagib lokalnog geomagnetnog polja. U mnogim uređajima, kako bi igla točno pokazala smjer prema sjevernom magnetskom polu, obično je balansirana posebno za karakteristike magnetskog polja regije u kojoj će kompas raditi.

Ponekad se koriste kompasi sa globalnim balansiranjem, koji se mogu koristiti u cijelom svijetu. Da bi se prigušile vibracije igle tokom kretanja, kompas se puni tekućinom (mješavina vode s alkoholom ili pročišćenim uljem). Očitavanja ovakvih instrumenata su opterećena greškama zbog utjecaja vanjskih utjecaja kao što su vibracije, nagib, ubrzanje i vanjska magnetna polja. Tradicionalni kompasi i kompasi teško se prilagođavaju digitalnom čitanju, pa ih je stoga teško koristiti u kombinaciji s najnovijim geodetski instrumenti.

U modernom elektronski kompasi koristi se kao senzorski element magnetometri, koji su, poput kompasa, analogni instrumenti i mjere intenzitet jedne ili više komponenti Zemljinog magnetnog polja na mjestu gdje se ono nalazi. Signali sa izlaza magnetometra se pretvaraju u digitalni oblik i mogu se koristiti za dalju obradu od strane mikroprocesora. U savremenim instrumentima uglavnom se koriste magnetometri koji koriste magnetorezivne i magnetoinduktivne senzore, senzore bazirane na Holovom efektu, kao i senzore napravljene tehnologijom "fluxgate". Za orijentaciju se obično koristi elektronski kompas, koji ima dva magnetometra postavljena u horizontalnoj ravni pod pravim uglom jedan prema drugom kako bi se izmjerila jedna od B x ili B y komponenti magnetskog polja, respektivno, duž x-ose ili duž y-ose. Ugao između x-ose i magnetnog meridijana bit će:

ψ = arctg(B y / Bx). (7.1)

Moderni magnetometri su mali i ugrađeni u integrirana kola.

Neki geodetski instrumenti Ugrađeni su anizotropni magnetorezistivni (AMP) senzori, koji su posebni otpornici napravljeni od tankog permalloy filma, čiji vektor magnetizacije, kada uđe u vanjsko magnetsko polje, počinje da se rotira ili mijenja ugao, mijenjajući otpor filma. U mjerenjima se takav film postavlja u Whitsonov most i procjenjuje se promjena napona uzrokovana promjenom otpora filma, prema kojoj se procjenjuje sila magnetskog polja. Magnetoresivni senzori daju tačnost veću od jednog stepena i mogu imati jednu, dve ili tri ose i ugrađeni su u elektronske kompase.

Treba napomenuti da mnogi satelitski prijemnici imaju slične ugrađene elektronske kompase. Satelitski prijemnici obično koriste dvoosni kompas, au nekim slučajevima i troosni senzor smjera, koji vam omogućavaju da dobijete prilično precizne smjerove čak i u slučaju malog nagiba. U slučaju kada se satelitski prijemnik kreće brzinom većom od 10 km/h, može odrediti smjer svog kretanja iz satelitskih osmatranja s greškom manjom od jednog stepena. Pri manjim brzinama GPS prijemnik sa jednom antenom ne može odrediti smjer kretanja. Stoga je prijemnik podešen tako da kada dostigne određenu brzinu (na primjer, 5 ili 10 km na sat), prebacuje se sa funkcije smjera kompasa na funkciju smjera dobivenu iz satelitskih osmatranja koje vrši sam GPS prijemnik, a kada se brzina smanji prijemnik se vraća u smjeru kompasa.

Da bi satelitski prijemnik mogao izračunati i geografske (prave) i magnetne azimute kretanja, u prijemnik je ugrađen softver koji sadrži parametre modela glavnog geomagnetnog polja Zemlje. Prijemnik kontinuirano ažurira informacije o smjeru objekta dok se korisnik kreće proizvoljnom putanjom do objekta.

Magnetski induktivni senzori smjera pojavili su se relativno nedavno - prvi patent za njih izdat je 1989. godine. Princip njegovog rada zasniva se na činjenici da generator oscilacija koristi zavojnicu čija se induktivnost mijenja pod utjecajem promjena u okolnom magnetskom polju. Promjena induktivnosti zavojnice uzrokuje promjenu frekvencije generatora. Dakle, ovaj tip magnetometra mjeri magnetsko polje njegovim djelovanjem na induktivnost zavojnice žice ili solenoida.

Za određivanje smjera prema sjevernom magnetskom polu (u horizontalnoj ravnini), dva takva senzora, postavljena okomito jedan na drugi, učvršćuju se na kardan tako da se nalaze u horizontalnoj ravni, a u trojnom se također koristi inklinometar. - osa jedan. Mnogi moderni automobilski kompasi bazirani su na magnetno induktivnim senzorima.

Kada idete u lov u nepoznatom području gdje nema vidljivih orijentira, svakako morate sa sobom ponijeti kompas sa kartom područja. Takva mjera opreza potrebna je u stepi i tundri, u planinama. Ne možete bez kompasa u tamnoj noći, po maglovitom danu i u mećavi.

Šta su

Kompas je uređaj pomoću kojeg se možete kretati po nepoznatom terenu.

Kompasi su:

• magnetni;
• tekućina;
• elektronski.

tečnost

Najprecizniji među svim magnetskim smatra se tekući kompas. U tipičnoj jednostavnoj verziji izgleda kao "kotlić" napunjen vodom, u kojem je aluminijska ili brončana kartica pričvršćena na okomitu os. Na svakoj strani kartice su pričvršćeni magneti.

U takvim uređajima tekućina stabilizira pokazivač, u stabilnom položaju, pokazivač pomaže da se precizno odredi očitanje.

Tablet

Takav uređaj je predstavljen u obliku tableta, u njega je ugrađena okrugla žarulja s magnetiziranom strelicom. Opremljen tabletom kompas lupom za lakše gledanje skale. Posebna tečnost u kapsuli osigurava stabilnost strelice tokom brzog kretanja.

Osnovni modeli

Dizajnirani za planinare početnike, imaju sve potrebne komponente, ali nemaju ogledalo i podešavanje odstupanja.

Multifunkcionalni

Opremljeni su ogledalom, lupom i drugim dodatnim karakteristikama. Pogodno za redovne šetnje u zaleđu, daleko od ruta.

Magnetic

Postoji nekoliko vrsta uređaja pomoću kojih možete odrediti kardinalne točke.

Mehanički

Desilo se da je to običan turista. Ovaj tip kompasa ima iglu sa crvenim vrhom koja pokazuje na sjever, gdje je najjače magnetno polje. Jednostavnim magnetskim uređajem, zajedno sa mapom, možete preciznije odrediti lokaciju raznih objekata.

Za vojsku

Razlikuje se od uobičajenog povećala i nišanskog uređaja. S takvim uređajem možete preciznije odrediti smjer staze na terenu.

Geološki

U ovom instrumentu, podjele skale smjera su u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Za određivanje uglova upada kamenih slojeva, opremljen je klinometrom i polukrakom.

Higroskopna

Higroskopski kompas je instaliran na avionima i na riječnim brodovima. Opremljen je žiroskopom, zahvaljujući takvom uređaju, pokazuje pravi pol, a ne magnetni pol. Ovaj uređaj je stabilan, tako da tokom nagomilavanja tačnije pokazuje smjer.

Astronomski

Ovaj pogled može odrediti kardinalne tačke, fokusirajući se na zvijezde i svjetiljke. Nedostatak uređaja je što ne možete raditi s njim tokom dana.

Za orijentiring

Koji kompas treba da izaberu sportisti? Trebali bi biti u stanju koristiti magnetni kompas i razumjeti topografsku kartu.

Stoga kompas za orijentaciju mora imati visoke karakteristike performansi, kao što su:

• brzina i brzina ugradnje magnetne igle;
• stabilnost strelice tokom brzog kretanja sportista;
• jednostavnost upotrebe, tako da se uređaj mirno drži u ruci;
• male veličine i male težine.

Elektronski kompasi rade na bazi uvećanih senzora, uključeni su u traženje željenih koordinata u satelitskom navigacijskom sistemu. Namijenjeni su samo profesionalcima, koriste ih uglavnom vojno osoblje i predstavnici agencija za provođenje zakona.

Ovisno o mjestu i namjeni, koriste se ovi tipovi elektronskih navigatora.

Označava pravac prema objektu koji emituje radio talase. Koriste ga avijatičari za orijentaciju u svemiru tokom letova.

Od mehaničkog turističkog se razlikuje po tome što nema magnetiziranu iglu. Kompas elektronski određuje kardinalne tačke. Pokazuje vrijeme, u njega su ugrađeni razni dodatni programi, čak i video zapisi.

GPS i GLONASS

Ovi navigatori rade uz pomoć elektronskog sistema, primaju signale za određivanje tačne lokacije i pravca sa nekoliko satelita.

GPS prijemnici smatraju se visokokvalitetnim navigatorima, gotovo uvijek opremljeni elektronskim kompasom. Ali GPS-navigatori ne mogu raditi bez baterije, koja se može isprazniti u pravo vrijeme. Stoga, tokom putovanja ne možete bez magnetnog kompasa ili seta rezervnih baterija.

GPS prijemnici, za razliku od magnetnih kompasa, imaju sljedeću prednost: mogu procijeniti trenutnu lokaciju bez vidljivih orijentira u snježnim danima i po maglovitom vremenu. Sa GPS uređajem možete jednostavno postaviti željeni smjer kada izbjegavate bilo koju prepreku i ponovo namjestiti kompas duž promijenjene linije rute.

Kriterijumi izbora

Izbor kompasa ovisi o namjeni: kupuju ga za lov, za planinarenje ili orijentaciju. Preporučljivo je odabrati model kompasa na takav način da se može koristiti u različitim situacijama: tijekom planinarskih izleta i takmičenja u orijentiringu.

Koji je najbolji kompas za planinare i bicikliste?

Prilikom odabira morate uzeti u obzir neke od nijansi:

• Klasični modeli kompasa sa podjelom stupnjeva i s ravnalom pogodni su za planinarske izlete.
• Turisti često koriste kalkulacije stepena i azimuta, tako da im je u pješačenju potreban ravnalo i mjerač stepena na kompasu.
• Za bicikliste je prihvatljivija opcija GPS navigator, iako mu se baterije brzo isprazne. Stoga će biciklisti sa sobom morati ponijeti klasični kompas.
• Za putovanje avionom, prednost treba dati elektronskim navigatorima, budući da su višenamjenski, iz njih možete odrediti i visinu i pritisak.

Pregled najboljih modela

Kvalitetnu opremu za turiste proizvode švedska kompanija Silva i finska kompanija Suunto.

Pogodan za upotrebu na bilo kom terenu, klasičan je profesionalni orijentacioni uređaj, opremljen Spectra sistemom, strelica uređaja je ravna i široka, pogodna za brza očitavanja.

Razlikuje se po takvim karakteristikama:

1. Sa jakim magnetom, pokazivač uređaja se brzo smiruje.
2. Prozirna osnovna ploča sa jasnim oznakama
3. Sigurnosno postavljanje u ruke.
4. Silva 6 Nor Spectra Right model se također može držati u desnoj ruci.

Ručni model Suunto M-9 je udoban i multifunkcionalan.

Turisti ga biraju zbog male veličine i male težine, kao i zbog preciznosti određivanja pravca. Uređaj za ručni zglob se može koristiti i pod vodom.

Dobar instrument američke proizvodnje smatra se najpouzdanijim, pogodnim za upotrebu na terenu.

Kućište od aluminijuma, ima posebnu izdržljivost, vodootporno. Uređaj se odlikuje povećanom preciznošću u određivanju pravca.

Kako se kretati pomoću kompasa

Dakle, šta treba učiniti:

1. Prvo morate odrediti orijentir na koji se želite vratiti, na primjer, to može biti drvo.
2. Orijentacija počinje pritiskom na poseban zasun i otpuštanjem magnetne igle.
3. Uzimajući uređaj i postavljajući ga vodoravno na dlan, morate sačekati položaj plave strelice na 0 stepeni skale, zatim okrenuti poklopac da biste ga postavili sa utorom prema sebi, a prednjim nišanom prema objektu.
4. Nakon odabira smjera kretanja, trebali biste ga popraviti i zapamtiti vrijednost ugla, nazvanog "azimut".
5. Neprestano provjeravajući smjer, morate se početi kretati.
6. Nakon što ste došli do krajnje točke kretanja, trebali biste se okrenuti oko svoje ose. To znači da je napravljena rotacija oko svoje ose za 180 stepeni. Ispostavilo se da su se vratili na početnu tačku rute.

Turisti i putnici, kao i lovci, mogu se u svakom trenutku naći na nepoznatim mjestima i izgubiti smjer daljeg kretanja. U takvim slučajevima, pomoću kompasa možete brzo odrediti lokaciju.

Ali prije nego što odaberete kompas, morate proučiti njihove vrste, svojstva, kao i kome i za koje svrhe su namijenjeni.

Video

Kako koristiti kompas u šumi, naučit ćete iz našeg videa.

Svako ko je pokušao da stavi elektronski kompas na svog robota postavljao je sebi sledeće pitanje: kako, zapravo, iz ovog uređaja dobiti nekakvu virtuelnu strelicu koja bi pokazivala na sever? Ako na Arduino povežemo najpopularniji senzor HMC5883L, dobićemo niz brojeva koji se ponašaju na čudan način kada se rotiraju. Šta učiniti sa ovim podacima? Pokušajmo to shvatiti, jer je potpuna navigacija robota bez kompasa nemoguća.
Prvo, uređaj koji se često naziva kompas je zapravo magnetometar. Magnetometar je uređaj koji mjeri jačinu magnetnog polja. Svi moderni elektronski magnetometri proizvedeni su korištenjem MEMS tehnologije i omogućavaju simultana mjerenja duž tri okomite ose. Dakle, tok brojeva koji uređaj daje zapravo je projekcija magnetnog polja na tri ose u koordinatnom sistemu magnetometra. Ostali uređaji koji se koriste za pozicioniranje i navigaciju imaju isti format podataka: akcelerometar i žiro tahometar (također žiroskop). Na slici je prikazan jednostavan slučaj u kojem je kompas horizontalan u odnosu na površinu zemlje na ekvatoru. Crvena strelica označava smjer prema sjevernom polu. Isprekidana linija označava projekcije ove strelice na odgovarajuće ose. Čini se da je to to! Noga je jednaka kateta tangentom suprotnog ugla. Da biste dobili kut smjera, morat ćete uzeti arktangens omjera nogu: H = atan(X/Y) Ako izvršimo ove jednostavne proračune, zapravo ćemo dobiti neki rezultat. Jedina šteta je što još uvijek nećemo dobiti pravi odgovor, jer nismo uzeli u obzir gomilu faktora:

1. Pomicanje i izobličenje vektora Zemljinog magnetnog polja uslijed vanjskih utjecaja.
2. Utjecaj tona i kotrljanja na očitanja kompasa.
3. Razlika između geografskih i magnetnih polova je magnetna deklinacija.

U ovom članku ćemo proučiti ove probleme i saznati kako ih riješiti. Ali prvo, pogledajmo očitanja magnetometra vlastitim očima. Da bismo to učinili, moramo ih nekako vizualizirati.

1. Vizualizacija očitavanja magnetometra

Kao što znate, jedna slika je bolja od hiljadu riječi. Stoga ćemo, radi veće jasnoće, koristiti 3D editor za vizualizaciju očitavanja magnetometra. U ove svrhe, možete koristiti SketchUp sa "cloud" dodatkom (http://rhin.crai.archi.fr/rld/plugin_details.php?id=678) Ovaj dodatak vam omogućava da učitate nizove tačaka iz datoteke pregleda u SketchUp: 212 -321 -515 211 -320 -515 209 -318 -514 213 -319 -516 Ograničenje može biti tab, razmak, tačka i zarez, itd. Sve je navedeno u postavkama dodatka. Na istom mjestu možete tražiti da sve točke zalijepite trokutima, što u našem slučaju nije potrebno. Najlakši način da sačuvate očitanja magnetometra je da ih prenesete preko COM porta na personalni računar na monitor serijskog porta, a zatim ih sačuvate u tekstualnoj datoteci. Drugi način je da povežete SD karticu na Arduino i zapišete podatke magnetometra u datoteku na SD kartici. Nakon što smo se pozabavili snimanjem podataka i njihovim uvozom u SketchUp, pokušajmo sada provesti eksperiment. Rotiraćemo magnetometar oko Z ose, a kontrolni program će u ovom trenutku snimati očitanja senzora svakih 100 ms. Ukupno će biti zabilježeno 500 bodova. Rezultat ovog eksperimenta je prikazan u nastavku:
Šta možete reći gledajući ovu sliku? Prvo, možete vidjeti da je Z-osa zaista fiksirana - sve tačke se nalaze, manje-više, u XY ravni. Drugo, ravan XY je blago nagnuta, što može biti uzrokovano ili nagibom mog stola ili nagibom Zemljinog magnetnog polja :) Pogledajmo sada istu sliku odozgo:
Prvo što vam upada u oči je da centar koordinata uopće nije u centru ocrtanog kruga! Najvjerovatnije je izmjereno magnetsko polje nekako "pomaknuto" u stranu. Štaviše, ovo "nešto" ima napetost veću od one u prirodnom polju Zemlje. Drugo zapažanje je da je krug blago izdužen u visinu, što ukazuje na ozbiljnije probleme, o kojima ćemo govoriti u nastavku. A šta se događa ako rotirate kompas oko svih osa u isto vrijeme? Tako je, ne dobijete krug, već kuglu (tačnije, sferoid). Ovo je područje koje sam dobio:
Pored glavnih 500 tačaka sfere, dodaju se još tri niza, po 500 tačaka. Svaka od dodatnih grupa tačaka odgovorna je za rotaciju magnetometra oko fiksne ose. Dakle, donji krug se dobija rotacijom uređaja oko ose Z. Krug na desnoj strani se dobija rotacijom oko ose Y. Konačno, gusti prsten tačaka sa leve strane odgovoran je za rotaciju magnetometra oko Osa X. Zašto ovi krugovi ne zaokružuju loptu duž ekvatora, čitamo u nastavku.

2. Magnetna inklinacija

Zapravo, posljednji crtež može izgledati malo čudno. Zašto, u horizontalnom stanju, senzor pokazuje skoro maksimalnu vrijednost na Z osi?? Situacija se ponavlja ako nagnemo uređaj, na primjer, s osom X prema dolje - opet dobivamo maksimalnu vrijednost (lijevi krug). Ispostavilo se da je senzor stalno pod utjecajem polja usmjerenog kroz senzor do površine zemlje! U ovome zaista nema ništa neobično. Ova karakteristika Zemljinog magnetnog polja se zove magnetni nagib. Na ekvatoru, polje je usmjereno paralelno sa zemljom. Na južnoj hemisferi - gore od zemlje pod nekim uglom. A na sjevernoj hemisferi, kao što smo već primijetili - dolje. Gledamo sliku.
Magnetna inklinacija nas ni na koji način neće spriječiti da koristimo kompas, pa nećemo previše razmišljati o tome, već samo uzmite u obzir ovu zanimljivost. Pređimo sada na probleme.

2.1. Distorzija magnetnog polja: tvrdo i meko željezo

U stranoj literaturi izobličenja magnetnog polja se obično dijele u dvije grupe: tvrdo željezo i meko željezo. Ispod je slika koja ilustruje suštinu ovih izobličenja.
tvrdo gvožđe Dajem ti sertifikat. Intenzitet Zemljinog magnetnog polja u velikoj meri zavisi od zemljinih koordinata u kojima se meri. Na primjer, u Kejptaunu (Južna Afrika) polje je oko 0,256 Gausa (Gausa), au Njujorku je dvostruko veće - 0,52 Gausa. Na planeti u cjelini, intenzitet magnetnog polja varira u rasponu od 0,25 gausa do 0,65 gausa. Poređenja radi, polje običnog magneta za frižider je 50 gausa, što je sto puta više od magnetnog polja u Njujorku!! Jasno je da se osjetljivi magnetometar može lako zbuniti ako se jedan od ovih magneta pojavi pored njega. Na kvadrokopteru, naravno, nema takvih magneta, ali postoje mnogo moćniji magneti od rijetke zemlje za motore bez četkica, kao i elektronička kola kontrolera, žice za napajanje i baterija. Takvi izvori parazitskog magnetnog polja nazivaju se tvrdo gvožđe. Djelujući na magnetometar, oni daju određenu pristranost izmjerenim vrijednostima. Hajde da vidimo da li tvrdo gvožđe ima distorzije u našoj sferi. Projekcija tačaka sfere na ravan XY izgleda ovako:
Može se vidjeti da oblak tačaka ima primjetan pomak duž Y ose ulijevo. Praktično nema pomaka duž Z ose. Otklanjanje takvog izobličenja je vrlo jednostavno: dovoljno je povećati ili smanjiti vrijednosti primljene od uređaja za iznos pomaka. Na primjer, kalibracija tvrdog željeza za Y os bi bila: Ycal_hard = Y - Ybias gdje Ycal_hard— kalibrirana vrijednost; Y- početna vrijednost; Ybias je količina pomaka. Da bismo izračunali Ybias, moramo popraviti maksimalnu i minimalnu vrijednost Y, a zatim koristiti jednostavan izraz: Ybias = (Ymin-Ymax)/2 - Ymin gdje Ybias- željenu vrijednost pomaka; Ymin- minimalna vrijednost Y ose; Ymax- maksimalna vrijednost Y ose. meko gvožđe Za razliku od Hard Iron-a, Soft distorzija je mnogo podmukla. Opet, hajde da pratimo ovu vrstu uticaja na ranije prikupljene podatke. Da bismo to učinili, obratimo pažnju na činjenicu da lopta na gornjoj slici uopće nije lopta. Njegova projekcija na os YZ je blago spljoštena na vrhu i blago zarotirana u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Ova izobličenja su uzrokovana prisustvom feromagnetnih materijala u blizini senzora. Takav materijal je metalni okvir kvadrokoptera, kućište motora, ožičenje ili čak metalni vijci za montažu. Da biste ispravili situaciju s izravnavanjem, množenje očitanja senzora s određenim množiteljem pomoći će: Ycal_soft = Y * Yscale gdje Ycal_hard— kalibrirana vrijednost; Y- početna vrijednost; Yscale— faktor skaliranja. Da bi se pronašli svi koeficijenti (za X, Y i Z) potrebno je identificirati osu s najvećom razlikom između maksimalne i minimalne vrijednosti, a zatim koristiti formulu: Yskala = (Amax-Amin)/(Ymax-Ymin) gdje Yscale je željeni faktor izobličenja duž Y ose; Amax je maksimalna vrijednost na nekoj osi; Amin je minimalna vrijednost na nekoj osi; Ymax- maksimalna vrijednost na Y osi; Ymin- minimalna vrijednost na osi Y. Još jedan problem, zbog kojeg se sfera ispostavilo da je rotirana, otklanja se malo teže. Međutim, doprinos ovakvog izobličenja ukupnoj grešci mjerenja je prilično mali, te nećemo detaljno opisivati ​​metodu njegovog „ručnog” niveliranja.

2.2. Automatska kalibracija

Mora se reći da ručno dobivanje točnih minimalnih i maksimalnih očitanja magnetometra nije lak zadatak. Za ovaj postupak, barem će vam trebati poseban stalak u koji možete učvrstiti jednu od osi uređaja. Mnogo je lakše koristiti algoritam za automatsku kalibraciju. Suština ove metode je da se oblak dobijenih tačaka aproksimira elipsoidom. Drugim riječima, odabiremo parametre elipsoida na takav način da se što više poklapa sa našim oblakom tačaka izgrađenim na osnovu očitavanja magnetometra. Iz parametara odabranih na ovaj način možemo izdvojiti vrijednost pomaka, faktore skale i koeficijente za ortogonalizaciju osa. Na internetu postoji nekoliko programa koji to mogu učiniti. Na primjer, MagCal, ili neki drugi - Magneto. Za razliku od MagCal-a, u Magnetu se izračunati parametri prikazuju u obliku spremnom za korištenje, bez potrebe za dodatnim konverzijama. Ovo je program koji koristimo. Glavni i jedini oblik programa izgleda ovako:
U polju "Sirova magnetna mjerenja" odaberite datoteku sa izvornim podacima. U polje "Norma magnetnog ili gravitacionog polja" unesite vrijednost Zemljinog magnetskog polja u tački naše dislokacije. S obzirom da ovaj parametar ni na koji način ne utiče na ugao otklona igle našeg virtuelnog kompasa, postavio sam vrednost na 1090, što odgovara vrednosti od 1 Gaus. Zatim pritisnemo dugme Calibrate i dobijemo:

1. vrijednosti pomaka za sve tri ose: Kombinovana pristranost (b);
2. i matrica skale i ortogonalizacije: Korekcija za kombinovane faktore skale, neusklađenosti i meko željezo (A-1).

Uz pomoć magične matrice eliminisaćemo spljoštenost našeg oblaka i eliminisati njegovu blagu rotaciju. Opća formula za kalibraciju je sljedeća: Vcal \u003d A-1 * (V - Vbias) gdje Vcal je vektor kalibrirane vrijednosti magnetometra za tri ose; A-1 je matrica razmjera i ortogonalizacije; Vbias je vektor pomaka duž tri ose.

3. Utjecaj nagiba magnetometra na izračunati smjer

Sljedeći je problem broj dva. Na početku članka smo već pokušali izračunati ugao između sjevera i igle kompasa. Za ovo radi jednostavna formula: H = atan (Y/X) gdje H- ugao odstupanja igle kompasa od pravca severa; X,Y su kalibrirane vrijednosti magnetometra. Zamislite sada da os X fiksiramo striktno u smjeru sjevera i počnemo rotirati senzor oko ove ose (roll). Ispada da projekcija polja na osi X ostaje nepromijenjena, ali se projekcija na Y mijenja. Prema formuli, igla kompasa će pokazivati ​​na sjeverozapad ili sjeveroistok, ovisno o tome u kom smjeru kotrljamo. Ovo je, navedeno je na početku članka, drugi problem elektronskog kompasa. Geometrija će pomoći u rješavanju problema. Samo trebamo rotirati magnetni vektor na koordinatni sistem koji nam daje inklinometar. Da bismo to učinili, naizmjenično množimo dvije matrice kosinusa s vektorom: Vcal2 = Ry*Rx*Vcal gdje Vcal- magnetni vektor, očišćen od tvrdih i mekih distorzija; Rx i Ry- rotacijske matrice oko X i Y osi; Vcal2- magnetni vektor, očišćen od uticaja kotrljanja i hoda. Formula prikladna za program kontrolera će izgledati ovako: Xcal2 = Xcal*cos(pitch) + Ycal*sin(roll)*sin(pitch) + Zcal*cos(roll)*sin(pitch) Ycal2 = Ycal*cos(roll) - Zcal*sin(roll) H = atan2(-Ycal2, Xcal2) gdje roll i pitch- nagibi oko X i Y osi; Xcal, Ycal, Zcal je vektor magnetometra (Vcal); Ycal2, Ycal2- kalibrirane vrijednosti magnetometra (ne uzimamo u obzir Zcal2 - neće nam biti od koristi); H je ugao između sjevera i igle kompasa. (Ko je atan2 možete saznati ovdje: http://en.wikipedia.org/wiki/Atan2)

3. Razlika između geografskog i magnetskog pola

Nakon što smo dobili manje-više precizan ugao igle kompasa iz pravca sjevera, vrijeme je da riješimo još jedan problem. Činjenica je da su magnetni i geografski pol na našoj planeti veoma različiti, u zavisnosti od toga gde vršimo merenje. Drugim riječima, "sjever" na koji pokazuje vaš planinarski kompas uopće nije sjever gdje su led i polarni medvjedi. Da bi se te razlike izravnale, očitavanjima senzora mora se dodati (ili oduzeti) određeni ugao, koji se naziva magnetna deklinacija. Na primjer, u Jekaterinburgu je magnetna deklinacija +14 stepeni, što znači da bi izmjerena očitanja magnetometra trebalo smanjiti za istih 14 stupnjeva. Da biste saznali magnetnu deklinaciju u vašim koordinatama, možete koristiti poseban resurs: http://magnetic-declination.com/

Zaključak

U zaključku, nekoliko savjeta za navigaciju s magnetometrom.

1. Kalibraciju treba izvršiti tačno pod uslovima u kojima će dron ostvariti pravi let.
2. Bolje je izvaditi magnetometar iz tijela robota na štapu. Tako će na njega uticati manje buke.
3. Za izračunavanje smjera, bolje je koristiti gomilu kompasa + žiroskopa. Istovremeno, njihova očitanja se miješaju prema određenom pravilu (fuzija podataka).
4. Ako je riječ o letjelici s velikom brzinom smjera, preporučljivo je koristiti kombinaciju kompas + žiroskop + GPS.