Amikor kijössz a városból, már nem segít az olyan szokásos dolog, mint az okostelefon. Megbízható eszközre van szüksége, amely segít a térben (és néha időben) eligazodni, valamint más fontos információk megszerzésében. Ezenkívül a készüléknek a lehető legkönnyebbnek, kompaktnak és multifunkcionálisnak kell lennie. Ez a digitális iránytű már csak ilyen. Vele (és raktáron lévő feltöltött akkumulátorokkal) nem fog eltévedni, pontosan meghatározza azt a pontot, ahol éppen tartózkodik, vagyis megérti, merre tovább.

A készülék súlya jóval kevesebb, mint 100 gramm, kényelmesen és könnyen elfér a kézben, több beépített szenzorral, LCD kijelzővel és az utoljára rögzített adatok előzményeinek (akár 8 pozícióig) mentésére is alkalmas. A kényelmes nyakba akasztható zsinór és a sötétben világító LED-es elem kényelmes szintre egészíti ki az alapvető funkciókat.

Beépített jellemzők:

1. néz;
2. naptár;
3. hőmérő;
4. barométer;
5. magasságmérő;
6. iránytű;
7. időjárás érzékelő.

Mindezek együttesen nemcsak a hely koordinátáinak meghatározását teszik lehetővé, hanem az úticél megfelelő irányvonalának meghatározását is.

Óra és naptár

Ezekkel a számlálókkal, még a gyerekek számára is érthető, minden egyszerű. Miután beállította a helyes dátumot és időt, és nyomon követheti az aktuális pillanatot. Választhat 12 órás vagy 24 órás megjelenítési formátumot. A SET gomb megnyomásával időről dátumra válthat. A SET gomb hosszú megnyomásával pedig beléphet a beállítási módba, amelyben beállíthatja a dátumot / időt, valamint kiválaszthatja a szokásos mértékegységeket.

Hőmérő

A hőmérséklet Celsius vagy Fahrenheit fokban is megjeleníthető. A közeljövő időjárási állapotának meghatározására is több lehetőség kínálkozik: derült, többnyire felhős, felhős és csapadékos. Az információ 30 másodpercenként frissül.

Barométer

A légköri nyomás értéke, valamint az idő dátummal és az aktuális hőmérséklettel normál módban megjelenik a kijelzőn. Az információ 30 másodpercenként frissül. Ha pontos adatokra van szükség, nyomja meg és tartsa lenyomva a SET és az ALTI gombot. A légköri nyomás higanymilliméterben és hekto-pascalban is megjeleníthető.

Magasságmérő

Az ALTI gomb megnyomásával az abszolút magasságmérés (ABS) üzemmódba vált. Az adatok 5 másodpercenként frissülnek. Az ALTI gomb lenyomva tartásával a Relatív magasság (REL) módba kerül, amely visszaállítja a leolvasást 0-ra. A magasság méterben vagy lábban mérhető.

Iránytű

A COMP gomb megnyomásával átválthat az iránytű módba. Ugyanennek a gombnak a nyomva tartása teszt üzemmódba kapcsol. Ennek módját a mellékelt utasítások részletesen leírják. Irányméréskor tartsa távol az iránytűt a mágneses mezőktől. Torzulás léphet fel a közelben lévő egyéb mágnesek, valamint a vas és acél tárgyak miatt.

Általában véve egy ilyen kézi elektronikus asszisztenssel nem fog eltévedni. Ismételten felhívjuk a figyelmet az akkumulátor-ellátásra. Itt a "kisujjakat" használják.

Ajándék utazónak

Egy ilyen hasznos dolgot természetesen azok értékelni fognak, akik szeretnek hosszabb ideig kempingezni, különösen a hegyvidéki területeken. És tud lépésszámlálót és 4 az 1-ben multifunkciós szerszámot is használni. A többfunkciós szerszám erős zseblámpával, éjszakai lámpával, ventilátorral és zenei eszközzel (MP3 fájlok és rádió lejátszására) rendelkezik. Parkoláskor és sötétben sokat segít.

Jellemzők

• 7 az 1-ben: óra, naptár, hőmérő, időjárás-érzékelő, iránytű, magasságmérő, barométer;
• mellékelve vannak az utasítások;
• LCD kijelzö;
• háttérvilágítás LED jelzéssel 5 másodpercig;
• korábbi értékek történetének mentése és megtekintése;
• méretek: 6,5 x 2,5 x 10 cm;
• súlya: 85 g;
• adatfrissítési idő: 30 másodperc;
• hőmérséklet-tartomány: -10°C és 50°C (14-122°F);
• magassági tartomány: -305 m - 9144 m (-1 000 - 30 000 láb);
• légköri nyomástartomány: 225 Hgmm-től 788 Hgmm-ig (301-1051 hPa);
• 2 db AAA elemmel működik (nem tartozék)
• van egy csipke;
• márka: LeFutur;
• csomagolás: márkás doboz;
• doboz méretei: 7 x 11 x 3 cm.

Egészen a közelmúltig Geodézia főként iránytűket és iránytűket alkalmaztak, ahol az érzékeny elem egy rúdon forgó mágnesezett tű, amelyet ezeknek az eszközöknek a különféle módosításaiban több évezreden keresztül használnak. Tájékozódáskor a tű olyan helyzetet vesz fel, hogy síkja párhuzamos legyen az ezen a helyen áthaladó mágneses tér vonalaival. Ha a tűnek két szabadságfoka van, azaz vízszintes és függőleges síkban is tud forogni, akkor az irány, amerre a tű mutat, megmutatja a lokális geomágneses tér deklinációját és meredekségét is. Sok eszközben annak érdekében, hogy a tű pontosan mutassa az északi mágneses pólus irányát, általában kifejezetten az iránytű működési tartományának mágneses mezőjének jellemzőihez igazodik.

Néha globális kiegyensúlyozású iránytűt használnak, amely a világ minden táján használható. A tű mozgás közbeni rezgésének csillapítása érdekében az iránytűt folyadékkal (víz és alkohol vagy tisztított olaj keverékével) töltik fel. Az ilyen műszerek leolvasása hibákkal terhelt külső hatások, például rezgés, dőlés, gyorsulás és külső mágneses mezők hatására. A hagyományos iránytűket és az iránytűket nehéz adaptálni a digitális olvasáshoz, ezért nehéz őket a legújabb eszközökkel kombinálni. geodéziai műszerek.

Modernben elektronikus iránytűkérzékelő elemként használják magnetométerek, amelyek az iránytűhöz hasonlóan analóg műszerek, és mérik a Föld mágneses mezejének egy vagy több összetevőjének intenzitását azon a ponton, ahol az található. A magnetométer kimenetéről érkező jelek digitális formába kerülnek, és a mikroprocesszor további feldolgozásra használható fel. A modern műszerekben elsősorban a magnetométereket használják, amelyek magnetorezisztív és magnetoinduktív érzékelőket, Hall-effektuson alapuló szenzorokat, valamint "fluxgate" technológiával készült szenzorokat használnak. A tájékozódáshoz általában elektronikus iránytűt használnak, amely két, egymásra merőleges vízszintes síkban elhelyezett magnetométerrel rendelkezik, amelyek a mágneses tér B x vagy B y komponenseinek egyikét az x tengely mentén mérik. vagy az y tengely mentén. Az x tengely és a mágneses meridián közötti szög:

ψ = arctg(B y / Bx). (7.1)

A modern magnetométerek kicsik és integrált áramkörökbe vannak beépítve.

Néhány geodéziai műszerek Az anizotróp magnetorezisztív (AMP) érzékelőket építik be, amelyek vékony permalloy fóliából készült speciális ellenállások, amelyek mágneses vektora külső mágneses térbe kerülve forogni vagy szöget váltani kezd, megváltoztatva a film ellenállását. A méréseknél egy ilyen filmet Whitson-hídba helyeznek, és kiértékelik a fólia ellenállásának változása által okozott feszültségváltozást, amely szerint megbecsülik a mágneses tér erősségét. A mágneses ellenállású érzékelők egy foknál nagyobb pontosságot biztosítanak, és egy, két vagy három tengelyűek lehetnek, és elektronikus iránytűbe vannak beépítve.

Meg kell jegyezni, hogy sok műholdvevő hasonló beépített elektronikus iránytűvel rendelkezik. A műholdvevők általában kéttengelyes iránytűt, esetenként háromtengelyes irányérzékelőket használnak, amelyek lehetővé teszik, hogy enyhe dőlés esetén is meglehetősen pontos irányt kapjunk. Abban az esetben, ha a műholdvevő 10 km/h-nál nagyobb sebességgel mozog, egy foknál kisebb hibával tudja meghatározni mozgásának irányát a műholdas megfigyelésekből. Kisebb sebességnél az egy antennával felszerelt GPS-vevő nem képes meghatározni a mozgás irányát. Ezért a vevő úgy van beállítva, hogy amikor elér egy bizonyos sebességet (például 5 vagy 10 km/óra), átváltson az iránytű funkcióról a GPS-vevő által végzett műholdas megfigyelésekből kapott irányfunkcióra, és amikor a mozgási sebesség csökken, a vevő visszatért az iránytű irányába.

Annak érdekében, hogy a műholdvevő képes legyen a mozgás földrajzi (valós) és mágneses azimutjainak kiszámítására is, a vevőbe olyan szoftver van beágyazva, amely tartalmazza a Föld fő geomágneses mezőjének modelljének paramétereit. A vevő folyamatosan frissíti az objektum irányinformációit, miközben a felhasználó tetszőleges útvonalon navigál az objektumhoz.

A mágneses induktív irányérzékelők viszonylag nemrégiben jelentek meg - az első szabadalmat 1989-ben adták ki. Működésének elve azon a tényen alapul, hogy az oszcillációs generátor egy tekercset használ, amelynek induktivitása a környező mágneses tér változásának hatására változik. A tekercs induktivitásának változása a generátor frekvenciájának változását okozza. Így az ilyen típusú magnetométer a mágneses teret a huzaltekercs vagy mágnestekercs induktivitására gyakorolt ​​hatása alapján méri.

Az északi mágneses pólus irányának meghatározásához (vízszintes síkban) két ilyen, egymásra merőlegesen elhelyezett érzékelőt rögzítenek egy kardánra úgy, hogy azok vízszintes síkban helyezkedjenek el, és egy dőlésmérőt is használnak egy háromban. - tengely egy. Sok modern autóipari iránytű mágneses induktív érzékelőkön alapul.

Ha ismeretlen területre megy vadászni, ahol nincsenek látható tereptárgyak, feltétlenül vigyen magával egy iránytűt a terület térképével. Ilyen óvintézkedésre van szükség a sztyeppén és a tundrán, a hegyekben. Nem nélkülözheti az iránytűt sötét éjszakán, ködös napon és hóviharban.

Mik

Az iránytű egy olyan eszköz, amellyel ismeretlen terepen navigálhat.

Az iránytűk a következők:

• mágneses;
• folyékony;
• elektronikus.

Folyékony

Az összes mágnes közül a legpontosabb a folyékony iránytű. Tipikus egyszerű változatban úgy néz ki, mint egy vízzel töltött „üst”, amelyben egy alumínium vagy bronz kártya van rögzítve egy függőleges tengelyen. A kártya mindkét oldalán mágnesek vannak rögzítve.

Az ilyen eszközökben a folyadék stabilizálja a mutatót, stabil helyzetben a mutató segít a leolvasás pontos meghatározásában.

Tabletta

Az ilyen eszközt tabletta formájában mutatják be, és egy mágnesezett nyíllal ellátott kerek izzó van benne. Táblairánytű nagyítóval van felszerelve a mérleg egyszerű megtekintéséért. A kapszulában található speciális folyadék biztosítja a nyíl stabilitását gyors mozgás közben.

Alapmodellek

Kezdő túrázóknak tervezték, minden szükséges alkatrészt tartalmaznak, de nincs bennük tükör és eltérés állítás.

Többfunkciós

Tükörrel, nagyítóval és egyéb kiegészítőkkel felszereltek. Alkalmas rendszeres túrákhoz külterületen, távol az útvonalaktól.

Mágneses

Többféle eszköz létezik, amellyel meghatározhatja a sarkalatos pontokat.

Mechanikai

Történetesen egy hétköznapi turista. Az ilyen típusú iránytűnek egy piros hegyű tűje van, amely északra mutat, ahol a legerősebb mágneses tér van. Egy egyszerű mágneses eszközzel, térképpel együtt, pontosabban meghatározhatja a különböző objektumok helyét.

A katonaságnak

Eltér a szokásos nagyítólencsétől és irányzéktól. Egy ilyen eszközzel pontosabban meghatározhatja az út irányát a szántóföldön.

Geológiai

Ebben a műszerben az irányskála osztásai az óramutató járásával ellentétesek. A kőzetrétegek beesési szögeinek meghatározásához klinométerrel és félszárral van felszerelve.

Nedvszívó

A higroszkópos iránytű repülőgépekre és folyami hajókra van felszerelve. Giroszkóppal van felszerelve, egy ilyen eszköznek köszönhetően a valódi pólust mutatja, nem a mágneses pólust. Ez az eszköz stabil, így a felépítés során pontosabban mutatja az irányt.

Csillagászati

Ez a nézet meghatározhatja a sarkalatos pontokat, a csillagokra és a világítótestekre összpontosítva. A készülék hátránya, hogy nappal nem lehet vele dolgozni.

Tájfutáshoz

Milyen iránytűt válasszanak a sportolók? Tudniuk kell használni a mágneses iránytűt és megérteni a topográfiai térképet.

Ezért a tájékozódási iránytűnek nagy teljesítményű jellemzőkkel kell rendelkeznie, mint például:

• a mágneses tű felszerelésének sebessége és sebessége;
• a nyíl stabilitása a sportolók gyors mozgása során;
• könnyű használat, így a készülék stabilan tartható a kézben;
• kis méret és könnyű súly.

Az elektronikus iránytűk nagyított szenzorok alapján működnek, és bekerülnek a kívánt koordináták keresésébe a műholdas navigációs rendszerben. Kizárólag szakemberek számára készültek, főként katonai személyzet és a bűnüldöző szervek képviselői használják őket.

Helytől és céltól függően ilyen típusú elektronikus navigátorokat használnak.

A rádióhullámokat kibocsátó tárgy irányát jelzi. A repülősök használják az űrben való tájékozódásra repülés közben.

Abban különbözik a mechanikus turistától, hogy nincs benne mágnesezett tű. Az iránytű elektronikusan határozza meg a főpontokat. Mutatja az időt, különféle kiegészítő programok vannak beépítve, akár videók is.

GPS és GLONASS

Ezek a navigátorok elektronikus rendszer segítségével működnek, több műholdról kapnak jeleket a pontos hely- és iránymeghatározáshoz.

A GPS-vevők kiváló minőségű navigátorok, szinte mindig elektronikus iránytűvel vannak felszerelve. A GPS-navigátorok azonban nem működhetnek akkumulátor nélkül, amely a megfelelő időben lemerülhet. Ezért az utazás során nem nélkülözheti mágneses iránytűt vagy tartalék akkumulátorokat.

A GPS-vevőknek a mágneses iránytűkkel ellentétben a következő előnyük van: havas napokon és ködös időben látható tereptárgyak nélkül is meg tudják becsülni az aktuális helyzetet. A GPS-eszközzel könnyedén beállíthatja a kívánt irányt bármilyen akadály elkerülésekor, és újra beállíthatja az iránytűt a megváltozott útvonalvonal mentén.

A választás kritériumai

Az iránytű kiválasztása a céltól függ: vadászatra, túrázásra vagy tájékozódásra vásárolják. Ajánlott az iránytű modellt úgy választani, hogy az különböző helyzetekben használható legyen: gyalogtúrákon, tájékozódási versenyeken.

Melyik a legjobb iránytű túrázók és motorosok számára?

A választás során figyelembe kell vennie néhány árnyalatot:

• A fokosztásos és vonalzós iránytű klasszikus modelljei alkalmasak túrázásra.
• A turisták gyakran használnak fokszámítást és azimutszámítást, ezért a túrázás során szükségük van egy vonalzóra és egy fokszámtárcsára az iránytűn.
• A kerékpárosok számára elfogadhatóbb megoldás a GPS-navigátor, bár annak akkumulátorai gyorsan lemerülnek. Ezért a kerékpárosoknak klasszikus iránytűt kell magukkal vinniük.
• Légi úton történő utazáshoz előnyben kell részesíteni az elektronikus navigátorokat, mivel ezek többfunkciósak, meghatározhatja belőlük a magasságot és a nyomást.

A legjobb modellek áttekintése

A turisták számára jó minőségű felszerelést a svéd Silva cég és a finn Suunto cég gyárt.

Bármilyen terepen használható, klasszikus professzionális tájfutó eszköz, Spectra rendszerrel szerelve, a készülék nyila egyenes és széles, kényelmes a gyors leolvasáshoz.

A következő tulajdonságokban különbözik:

1. Erős mágnessel a készülék mutatója gyorsan megnyugszik.
2. Átlátszó alaplemez egyértelmű jelölésekkel
3. Biztonsági elhelyezés a kézben.
4. A Silva 6 Nor Spectra Right modell a jobb kézben is tartható.

A Suunto M-9 csuklómodell kényelmes és többfunkciós.

A turisták kis mérete és könnyű súlya, valamint az iránymeghatározás pontossága miatt választják. A csuklós eszköz víz alatt is használható.

A jó amerikai gyártású hangszer a legmegbízhatóbb, alkalmas a terepen történő használatra.

Alumínium tok, különleges tartóssággal rendelkezik, vízálló. A készüléket megnövelt pontosság jellemzi az irány meghatározásában.

Hogyan navigáljunk iránytűvel

Tehát mit kell tenni:

1. Először meg kell határoznia azt a tereptárgyat, amelyhez vissza szeretne térni, például lehet egy fa.
2. A tájékozódás egy speciális retesz lenyomásával és a mágnestű elengedésével kezdődik.
3. A készüléket kézbe véve és vízszintesen a tenyérre helyezve meg kell várni a kék nyíl helyzetét a skála 0 fokánál, majd a burkolat elfordításával a nyílás felé, az elülső irányzékkal pedig a tárgy felé kell helyezni.
4. Miután kiválasztotta a mozgás irányát, rögzítse, és emlékezzen a szög értékére, amelyet "azimutnak" neveznek.
5. Folyamatosan ellenőrzi az irányt, el kell kezdenie a mozgást.
6. Miután elérte a mozgás végpontját, meg kell fordulnia a tengelye körül. Ez azt jelenti, hogy a tengelye körül 180 fokkal elforgatták. Kiderül, hogy visszatértek az útvonal kiindulópontjához.

A turisták és utazók, valamint a vadászok bármikor ismeretlen helyeken találhatják magukat, és elveszíthetik további mozgásuk irányát. Ilyenkor egy iránytűvel gyorsan meg lehet határozni a helyet.

De az iránytű kiválasztása előtt tanulmányoznia kell azok típusait, tulajdonságait, valamint azt, hogy kinek és milyen célokra szánják őket.

Videó

Videónkból megtudhatja, hogyan használjon iránytűt az erdőben.

Mindenki, aki megpróbált elektronikus iránytűt tenni a robotjára, a következő kérdést tette fel magának: valójában hogyan lehet ebből az eszközből valamiféle virtuális nyilat szerezni, amely észak felé mutatna? Ha a legnépszerűbb HMC5883L szenzort csatlakoztatjuk az Arduinóhoz, akkor egy olyan számfolyamot kapunk, amely elforgatva furcsán viselkedik. Mi a teendő ezekkel az adatokkal? Próbáljuk meg kitalálni, mert a robot teljes értékű navigációja iránytű nélkül lehetetlen.
Először is, a gyakran iránytűként emlegetett eszköz valójában egy magnetométer. A magnetométer egy olyan eszköz, amely a mágneses tér erősségét méri. Minden modern elektronikus magnetométer MEMS technológiával készül, és lehetővé teszi a mérések egyidejű elvégzését három merőleges tengely mentén. Tehát az eszköz által kiadott számfolyam valójában a mágneses tér vetülete a magnetométer koordinátarendszerében három tengelyre. A helymeghatározáshoz és a navigációhoz használt egyéb eszközök azonos adatformátummal rendelkeznek: gyorsulásmérő és giroszkópos fordulatszámmérő (más néven giroszkóp). Az ábra egy egyszerű esetet mutat be, amikor az iránytű vízszintes a földfelszínre az egyenlítőnél. A piros nyíl jelzi az északi pólus irányát. A szaggatott vonal jelöli ennek a nyílnak a vetületeit a megfelelő tengelyekre. Úgy tűnik, ez az! A láb egyenlő a lábbal az ellenkező szög érintőjével. Az irányszög meghatározásához fel kell vennie a lábak arányának arctangensét: H = atan(X/Y) Ha ezeket az egyszerű számításokat elvégezzük, akkor valóban kapunk valamilyen eredményt. Csak az a kár, hogy továbbra sem kapjuk meg a helyes választ, mert egy csomó tényezőt nem vettünk figyelembe:

1. A Föld mágneses térvektorának elmozdulása, torzulása külső hatások hatására.
2. A pitch and roll hatása az iránytű leolvasására.
3. A földrajzi és a mágneses pólusok közötti különbség a mágneses deklináció.

Ebben a cikkben ezeket a problémákat tanulmányozzuk, és megtudjuk, hogyan lehet megoldani őket. De először nézzük meg a magnetométer leolvasását a saját szemünkkel. Ehhez valamilyen módon vizualizálnunk kell őket.

1. A magnetométer leolvasásainak megjelenítése

Mint tudod, egy kép jobb, mint ezer szó. Ezért a nagyobb áttekinthetőség érdekében 3D-s szerkesztőt fogunk használni a magnetométer leolvasásainak megjelenítéséhez. Ebből a célból használhatja a SketchUp-ot a "felhő" beépülő modullal (http://rhin.crai.archi.fr/rld/plugin_details.php?id=678) Ez a beépülő modul lehetővé teszi ponttömbök betöltését egy nézetfájlból a SketchUp-ba: 212 -321 -515 211 -320 -515 209 -318 -514 213 -319 -516 A határoló lehet tabulátor, szóköz, pontosvessző stb. Mindez a plugin beállításaiban van megadva. Ugyanitt kérheti az összes pont ragasztását háromszögekkel, ami esetünkben nem szükséges. A magnetométer leolvasásának legegyszerűbb módja, ha COM-porton keresztül egy személyi számítógépre továbbítja a soros port monitorjára, majd elmenti egy szöveges fájlba. A második módszer az, hogy SD-kártyát csatlakoztatunk az Arduino-hoz, és a magnetométer adatait az SD-kártyán lévő fájlba írjuk. Miután foglalkoztunk az adatok rögzítésével és importálásával a SketchUpba, próbáljunk meg egy kísérletet. A magnetométert elforgatjuk a Z tengely körül, és a vezérlőprogram ekkor 100 ms-onként rögzíti az érzékelő leolvasásait. Összesen 500 pontot rögzítenek. Ennek a kísérletnek az eredménye az alábbiakban látható:
Mit tudsz megmondani, ha megnézed ezt a képet? Először is láthatja, hogy a Z-tengely valóban rögzített - minden pont többé-kevésbé az XY síkban található. Másodszor, az XY sík enyhén meg van dőlve, amit akár az asztalom dőlése, akár a Föld mágneses mezőjének dőlése okozhat :) Most nézzük meg ugyanezt a képet felülről:
Az első dolog, ami felkelti a figyelmedet, hogy a koordináták középpontja egyáltalán nem a körvonalazott kör közepén van! Valószínűleg a mért mágneses mező valahogy "eltolódik" oldalra. Ráadásul ennek a „valaminek” a feszültsége nagyobb, mint a Föld természetes mezőjének. A második megfigyelés az, hogy a kör enyhén megnyúlt a magasságban, ami komolyabb problémákra utal, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk. És mi történik, ha az iránytűt egyszerre forgatja az összes tengely körül? Így van, nem kört kapsz, hanem gömböt (pontosabban gömböt). Ez a terület, amit kaptam:
A gömb fő 500 pontján kívül további három tömb kerül hozzáadásra, mindegyik 500 pont. A hozzáadott pontcsoportok mindegyike felelős a magnetométer fix tengely körüli forgásáért. Tehát az alsó kört a készülék Z tengely körüli elforgatásával kapjuk, a jobb oldali kört az Y tengely körüli forgatással. Végül a bal oldali sűrű pontgyűrű felelős a magnetométer forgásáért a tengely körül. X tengely Miért nem veszik körül ezek a körök a labdát az Egyenlítő mentén, azt alább olvashatjuk.

2. Mágneses dőlés

Valójában az utolsó rajz kissé furcsának tűnhet. Miért vízszintes állapotban a szenzor szinte a maximum értéket mutatja a Z tengelyen?? A helyzet megismétlődik, ha például az X tengellyel lefelé döntjük a készüléket - ismét a maximális értéket kapjuk (bal kör). Kiderült, hogy a szenzort állandóan egy mező befolyásolja, amely az érzékelőn keresztül a föld felszínére irányul! Ebben tényleg nincs semmi szokatlan. A Föld mágneses terének ezt a tulajdonságát ún mágneses dőlés. Az Egyenlítőnél a mező a Földdel párhuzamosan irányul. A déli féltekén - a földtől bizonyos szögben felfelé. És az északi féltekén, ahogy már megfigyeltük - lefelé. Megnézzük a képet.
A mágneses dőlés semmilyen módon nem akadályoz meg bennünket az iránytű használatában, ezért nem fogunk ezen túl sokat gondolkodni, csak vegyük tudomásul ezt az érdekes tényt. Most térjünk át a problémákra.

2.1. Mágneses tér torzítása: kemény és lágy vas

A külföldi szakirodalomban a mágneses tér torzításait általában két csoportra osztják: Hard Iron és Soft Iron. Az alábbiakban egy kép szemlélteti ezeknek a torzításoknak a lényegét.
kemény vas bizonyítványt adok. A Föld mágneses mezejének intenzitása nagymértékben függ a Föld koordinátáitól, amelyekben mérik. Például Fokvárosban (Dél-Afrika) a mező körülbelül 0,256 Gauss (Gauss), New Yorkban pedig ennek kétszerese - 0,52 Gauss. A bolygó egészén a mágneses tér intenzitása 0,25 gauss és 0,65 gauss közötti tartományban változik. Összehasonlításképpen egy normál hűtőmágnes mezője 50 gauss, ami százszorosa a New York-i mágneses térnek!! Nyilvánvaló, hogy egy érzékeny magnetométer könnyen összezavarodhat, ha egy ilyen mágnes megjelenik mellette. Kvadrokopteren természetesen nincsenek ilyen mágnesek, de vannak sokkal erősebb ritkaföldfém mágnesek a kefe nélküli motorokhoz, valamint a vezérlő elektronikai áramkörei, tápvezetékei és akkumulátora. A parazita mágneses tér ilyen forrásait keményvasnak nevezik. A magnetométerre hatva némi torzítást adnak a mért értékeknek. Nézzük meg, hogy a Hard Ironnak vannak-e torzulásai a mi szféránkban. A gömb pontjainak vetülete az XY síkra így néz ki:
Látható, hogy a pontfelhőnek van némi észrevehető eltolódása az Y tengely mentén balra. A Z tengely mentén gyakorlatilag nincs elmozdulás. Az ilyen torzítás kiküszöbölése nagyon egyszerű: elegendő az eszköztől kapott értékeket növelni vagy csökkenteni az eltolás mértékével. Például az Y tengely keményvas kalibrálása a következő lenne: Ycal_hard = Y - Ybias ahol Ycal_hard— kalibrált érték; Y- kezdő érték; Ybias az elmozdulás mértéke. Az Ybias kiszámításához rögzítenünk kell Y maximális és minimális értékét, majd egy egyszerű kifejezést kell használnunk: Ybias = (Ymin-Ymax)/2 - Ymin ahol Ybias- az elmozdulás kívánt értéke; Ymin- az Y tengely minimális értéke; Ymax- az Y tengely maximális értéke. puha vas A Hard Ironnal ellentétben a Soft torzítás sokkal alattomosabb. Ismét nyomon követjük ezt a fajta hatást a korábban gyűjtött adatokra. Ehhez figyeljünk arra, hogy a fenti képen látható labda egyáltalán nem labda. A vetülete az YZ tengelyen felül kissé lapított, és kissé el van forgatva az óramutató járásával ellentétes irányban. Ezeket a torzulásokat az érzékelő közelében lévő ferromágneses anyagok okozzák. Ilyen anyag a quadcopter fémváza, a motorház, a vezetékek, vagy akár a fém rögzítőcsavarok. A lapítással járó helyzet kijavításához az érzékelő leolvasásainak egy bizonyos szorzóval való megszorzása segít: Ycal_soft = Y * Yscale ahol Ycal_hard— kalibrált érték; Y- kezdő érték; Yscale— méretezési tényező. Az összes együttható megtalálásához (X, Y és Z esetén) meg kell határozni azt a tengelyt, amelynél a legnagyobb a különbség a maximális és minimális érték között, majd a következő képletet kell használni: Y skála = (Amax-Amin)/(Ymax-Ymin) ahol Yscale a kívánt torzítási tényező az Y tengely mentén; Amax a maximális érték valamelyik tengelyen; Benne vagyok a minimális érték valamilyen tengelyen; Ymax- a maximális érték az Y tengelyen; Ymin- a minimális érték az Y tengelyen Egy másik probléma, ami miatt a gömb elfordult, egy kicsit nehezebben kiküszöbölhető. Azonban egy ilyen torzításnak a teljes mérési hibához való hozzájárulása meglehetősen csekély, ezért a „kézi” szintezésének módját nem írjuk le részletesen.

2.2. Automatikus kalibrálás

Azt kell mondanunk, hogy a magnetométer pontos minimális és maximális leolvasásának kézi lekérése nem könnyű feladat. Ehhez az eljáráshoz legalább egy speciális állványra lesz szüksége, amelyben rögzítheti az eszköz egyik tengelyét. Sokkal egyszerűbb az automatikus kalibrációs algoritmus használata. Ennek a módszernek az a lényege, hogy a kapott pontok felhőjét ellipszoiddal közelítjük. Vagyis úgy választjuk ki az ellipszoid paramétereit, hogy az a lehető legjobban illeszkedjen a magnetométer leolvasásai alapján felépített pontfelhőnkhöz. Az így kiválasztott paraméterekből kinyerhetjük a tengelyek ortogonalizálásához szükséges eltolási értéket, léptéktényezőket és együtthatókat. Az interneten számos program található, amelyek ezt megtehetik. Például a MagCal vagy egy másik - Magneto. A MagCal-tól eltérően a Magneto-ban a számított paraméterek használatra kész formában jelennek meg, további átalakítások nélkül. Ez az általunk használt program. A program fő és egyetlen formája így néz ki:
A "Nyers mágneses mérések" mezőben válassza ki a forrásadatokat tartalmazó fájlt. A "Mágneses vagy gravitációs mező normája" mezőbe írja be a Föld mágneses terének értékét a diszlokációnk pontján. Tekintettel arra, hogy ez a paraméter semmilyen módon nem befolyásolja a virtuális iránytűnk tűjének elhajlási szögét, az értéket 1090-re állítottam, ami 1 Gauss értékének felel meg. Ezután megnyomjuk a Kalibrálás gombot, és ezt kapjuk:

1. eltolási értékek mindhárom tengelyhez: Kombinált torzítás (b);
2. valamint a skála és az ortogonalizációs mátrix: Kombinált léptéktényezők, eltolódások és lágyvas korrekciója (A-1).

Egy mágikus mátrix segítségével megszüntetjük felhőnk ellaposodását, enyhe forgását. Az általános kalibrációs képlet a következő: Vcal \u003d A-1 * (V - Vbias) ahol Vcal a magnetométer kalibrált értékének vektora három tengelyre; A-1 a skála és az ortogonalizációs mátrix; Vbias az eltolási vektor a három tengely mentén.

3. A magnetométer dőlésszögének hatása a számított irányra

A következő a kettes számú probléma. A cikk elején már megpróbáltuk kiszámítani az észak és az iránytű tű közötti szöget. Erre egy egyszerű képlet működik: H = atan(Y/X) ahol H- az iránytű tűjének északi iránytól való eltérési szöge; X,Y a magnetométer kalibrált értékei. Most képzeljük el, hogy az X tengelyt szigorúan északi irányban rögzítjük, és elkezdjük e tengely körül forgatni az érzékelőt (gurulunk). Kiderül, hogy a mező vetülete az X tengelyen változatlan marad, de az Y-n lévő vetület megváltozik. A képlet szerint az iránytű vagy északnyugat vagy északkelet felé mutat, attól függően, hogy melyik irányba gurulunk. A cikk elején ez az elektronikus iránytű második problémája. A geometria segít megoldani a problémát. Csak el kell forgatnunk a mágneses vektort a dőlésmérő által megadott koordinátarendszerre. Ehhez felváltva megszorozzuk a koszinusz két mátrixát egy vektorral: Vcal2 = Ry*Rx*Vcal ahol Vcal- mágneses vektor, megtisztítva a kemény és lágy torzításoktól; Rxés Ry- forgási mátrixok az X és Y tengely körül; Vcal2- mágneses vektor, megtisztítva a gördülés és a emelkedés hatásától. A vezérlőprogramhoz megfelelő képlet így fog kinézni: Xcal2 = Xcal*cos(magasság) + Ycal*sin(gurulás)*sin(magasság) + Zcal*cos(gurulás)*sin(magasság) Ycal2 = Ycal*cos(tekercs) - Zcal*sin(tekercs) H = atan2(-Ycal2, Xcal2) ahol tekercsés hangmagasság- hajlásszögek az X és Y tengely körül; Xcal, Ycal, Zcal a magnetométer vektora (Vcal); Ycal2, Ycal2- a magnetométer kalibrált értékei (nem vesszük figyelembe a Zcal2-t - ez nem lesz hasznos számunkra); H az észak és az iránytű tűje közötti szög. (Itt megtudhatod, ki az atan2: http://en.wikipedia.org/wiki/Atan2)

3. Különbség a földrajzi és a mágneses pólus között

Miután az iránytű északi irányából többé-kevésbé pontos szöget kaptunk, itt az ideje egy újabb probléma megoldásának. A helyzet az, hogy bolygónkon a mágneses és a földrajzi pólusok nagyon eltérőek, attól függően, hogy hol végezzük a mérést. Más szóval, az „észak”, amelyre a túrairánytű mutat, egyáltalán nem az az észak, ahol a jég és a jegesmedvék vannak. E különbségek kiegyenlítéséhez egy bizonyos szöget, az úgynevezett mágneses deklinációt hozzá kell adni (vagy ki kell vonni) az érzékelő leolvasásához. Például Jekatyerinburgban a mágneses deklináció +14 fok, ami azt jelenti, hogy a magnetométer mért értékeit ugyanilyen 14 fokkal kell csökkenteni. Annak érdekében, hogy megtudja a mágneses deklinációt a koordinátákban, használhat egy speciális forrást: http://magnetic-declination.com/

Következtetés

Befejezésül néhány tipp a magnetométerrel történő navigáláshoz.

1. A kalibrálást pontosan olyan körülmények között kell elvégezni, amelyek között a drón valódi repülést hajt végre.
2. Jobb, ha kiveszi a magnetométert a rúdon lévő robot testéből. Így kevesebb zaj fogja érinteni.
3. Az irány kiszámításához jobb, ha egy csomó iránytűt + giroszkópot használ. Ugyanakkor leolvasásaik egy bizonyos szabály szerint keverednek (adatfúzió).
4. Ha nagy iránysebességű repülőgépről beszélünk, akkor az iránytű + giroszkóp + GPS kombináció használata javasolt.