Dodoties ārpus pilsētas, pazīstama lieta, piemēram, viedtālrunis, vairs nepalīdz. Jums ir nepieciešama uzticama ierīce, kas palīdz orientēties telpā (un dažreiz arī laikā), kā arī iegūt citu svarīga informācija. Turklāt ierīcei jābūt pēc iespējas vieglākai, kompaktai un šajā ziņā daudzfunkcionālai. Šis digitālais kompass ir tieši tāds. Ar to (un noliktavā esošajiem uzlādētajiem akumulatoriem) jūs nepazudīsit, precīzi noteiksit savu atrašanās vietu, kas nozīmē, ka sapratīsit, kur pārvietoties tālāk.

Ierīce sver ievērojami mazāk par 100 gramiem, ērti un viegli iegulst rokā, tai ir vairāki iebūvēti sensori, šķidro kristālu displejs un iespēja saglabāt pēdējo ierakstīto datu vēsturi (līdz 8 pozīcijām). Komplektā ērta štrope karināšanai ap kaklu un LED elements apgaismošanai tumsā pamata iespējas līdz ērtam līmenim.

Iebūvētās funkcijas:

1. skatīties;
2. kalendārs;
3. termometrs;
4. barometrs;
5. Altimetrs;
6. kompass;
7. laika sensors.

Un tas viss kopā ļauj ne tikai noteikt jūsu atrašanās vietas koordinātas, bet arī noteikt pareizo kursu līdz galamērķim.

Pulkstenis un kalendārs

Ar šiem pat bērniem saprotamiem skaitītājiem viss ir vienkārši. Kad esat iestatījis pareizo datumu, laiku un ierakstu Šis brīdis. Varat izvēlēties 12 vai 24 stundu laika displeja formātus. Nospiežot pogu SET, varat pāriet no laika uz datumu. Ilgi nospiežot pogu SET, var ieiet iestatījumu režīmā, kurā var iestatīt datumu/laiku, kā arī izvēlēties ierastās mērvienības.

Termometrs

Temperatūru var parādīt Celsija vai Fārenheita grādos. Ir arī vairākas iespējas tuvākās nākotnes laika apstākļu noteikšanai: skaidrs, pārsvarā apmācies, apmācies un nokrišņi. Informācija tiek atjaunināta ik pēc 30 sekundēm.

Barometrs

Standarta režīmā displejā tiek parādīta atmosfēras spiediena vērtība, kā arī laiks ar datumu un pašreizējo temperatūru. Informācija tiek atjaunināta ik pēc 30 sekundēm. Ja nepieciešami precīzi dati, nospiediet un turiet pogas SET un ALTI. Atmosfēras spiedienu var attēlot dzīvsudraba staba milimetros vai hekto-paskālos.

Altimetrs

Nospiežot pogu ALTI, tiek pārslēgts uz absolūtā augstuma mērīšanas (ABS) režīmu. Dati tiek atjaunināti ik pēc 5 sekundēm. Turot nospiestu pogu ALTI, tiek pārslēgts uz salīdzinošo augstuma mērīšanas režīmu (REL), un rādījumi tiek atiestatīti uz 0. Augstumu var mērīt gan metros, gan pēdās.

Kompass

Nospiežot pogu COMP, varat pārslēgties uz kompasa režīmu. Turot to pašu pogu, tiek pārslēgts testa režīmā. Kā to izdarīt, ir sīki aprakstīts pievienotajās instrukcijās. Mērot virzienu, turiet kompasu tālāk no magnētiskajiem laukiem. Izkropļojumus var izraisīt citi tuvumā esošie magnēti, kā arī dzelzs un tērauda priekšmeti.

Kopumā ar šādu manuālu elektronisko palīgu jūs nepazudīsit. Atgādināsim vēlreiz par bateriju piegādi. Šeit tiek izmantoti "rozā".

Dāvana ceļotājam

Šādu noderīgu lietu, protams, novērtēs tie, kam patīk ilgstoši doties pārgājienos, īpaši kalnu apvidos. Viņš varēja izmantot arī pedometru un daudzfunkciju rīku 4-in-1. Multirīkam ir jaudīgs lukturītis, naktslampiņa, ventilators un mūzikas ierīce (atskaņo MP3 failus un radio). Tas ir ļoti noderīgi pieturu laikā un tumsā.

Raksturlielumi

• 7 vienā: pulkstenis, kalendārs, termometrs, laika sensors, kompass, altimetrs, barometrs;
• iekļautas instrukcijas;
• LCD displejs;
• LED fona apgaismojums 5 sekundes;
• iepriekšējo vērtību vēstures saglabāšana un apskate;
• izmēri: 6,5 x 2,5 x 10 cm;
• svars: 85 g;
• datu atjaunināšanas periods: 30 sekundes;
• temperatūras diapazons: -10°C līdz 50°C (14-122°F);
• augstuma diapazons: -305 m līdz 9144 m (-1000 līdz 30000 pēdas);
• atmosfēras spiediena diapazons: no 225 mm Hg līdz 788 mm Hg (301-1,051 hPa);
• darbojas ar 2 AAA (“rozā”) baterijām (nav iekļautas komplektācijā);
• ir mežģīnes;
• zīmols: LeFutur;
• iepakojums: firmas kaste;
• kastes izmēri: 7 x 11 x 3 cm.

Vēl nesen iekšā ģeodēzija Galvenokārt tika izmantoti kompasi un kompasi, kur jutīgais elements ir magnetizēta adata, kas griežas uz stieņa un ir izmantota dažādās šo ierīču modifikācijās vairākus gadu tūkstošus. Orientējot, adata ieņem tādu stāvokli, ka tās plakne kļūst paralēla magnētiskā lauka līnijām, kas iet noteiktā vietā. Ja adatai ir divas brīvības pakāpes, tas ir, tā var griezties horizontālā un vertikālā plaknē, tad virziens, kurā adatas rāda, parādīs gan lokālā ģeomagnētiskā lauka deklināciju, gan slīpumu. Daudzos instrumentos, lai adata precīzi norādītu virzienu uz ziemeļu magnētisko polu, parasti tā ir īpaši līdzsvarota atbilstoši tā reģiona magnētiskā lauka īpašībām, kurā tiks izmantots kompass.

Dažkārt tiek izmantoti globāli līdzsvaroti kompasi, un tos var izmantot visā pasaulē. Lai slāpētu adatas vibrācijas kustības laikā, kompass ir piepildīts ar šķidrumu (ūdens maisījumu ar spirtu vai rafinētu eļļu). Šādu ierīču rādījumi ir apgrūtināti ar kļūdām ārējās ietekmes, piemēram, vibrācijas, slīpuma, paātrinājuma un ārējo magnētisko lauku ietekmē. Tradicionālos kompasus un kompasus ir grūti pielāgot digitālajai lasīšanai, un tāpēc tos ir grūti izmantot kopā ar jaunākajiem ģeodēziskie instrumenti.

Mūsdienu valodā elektroniskie kompasi izmanto kā sensoru elementu magnetometri, kas tāpat kā kompass ir analogie instrumenti un mēra vienas vai vairāku Zemes magnētiskā lauka komponentu intensitāti vietā, kur tas atrodas. Signāli no magnetometra izejas tiek pārveidoti digitālā formā un tos var izmantot tālākai apstrādei ar mikroprocesoru. Mūsdienu instrumentos galvenokārt tiek izmantoti magnetometri, kuros tiek izmantoti magnetorezistīvie, magnetoinduktīvie, Hola efekta un fluxgate sensori. Orientēšanai parasti izmanto elektronisko kompasu, kuram horizontālā plaknē ir uzstādīti divi magnetometri taisnā leņķī viens pret otru, lai mērītu vienu no magnētiskā lauka B x vai B y komponentiem attiecīgi pa x asi vai gar y ass. Leņķis starp x asi un magnētisko meridiānu būs vienāds ar:

ψ = arktāns(B y / Bx). (7.1)

Mūsdienu magnetometri ir maza izmēra un iebūvēti integrālajās shēmās.

Dažos ģeodēziskie instrumenti Iebūvēti anizotropi magnetorezistīvie (AMP) sensori, kas ir speciāli no plānas permalloy plēves izgatavoti rezistori, kuru magnetizācijas vektors, pakļaujoties ārējam magnētiskajam laukam, sāk griezties vai mainīt leņķi, mainot plēves pretestību. Mērījumu laikā šādu plēvi ievieto Vitsona tiltā un novērtē plēves pretestības izmaiņu izraisītās sprieguma izmaiņas, ko izmanto magnētiskā lauka stipruma novērtēšanai. Magnetorezistīvie sensori nodrošina precizitāti, kas ir labāka par vienu grādu, un tiem var būt viena, divas vai trīs asis, un tie ir iebūvēti elektroniskajos kompasos.

Jāpiebilst, ka daudziem satelītuztvērējiem ir līdzīgi iebūvēti elektroniskie kompasi. Satelītu uztvērēji parasti izmanto divu asu kompasu un dažos gadījumos trīs asu virziena sensorus, kas var nodrošināt diezgan precīzus virzienus pat pie neliela slīpuma. Gadījumā, ja satelīta uztvērējs pārvietojas ar ātrumu virs 10 km/h, tas var noteikt tā kustības virzienu no satelīta novērojumiem ar kļūdu, kas mazāka par vienu grādu. Pie mazāka ātruma GPS uztvērējs komplektā ar vienu antenu nespēj noteikt kustības virzienu. Tāpēc uztvērējs ir konfigurēts tā, lai, sasniedzot noteiktu ātrumu (piemēram, 5 vai 10 km stundā), tas pārslēgtos no kompasa kursa funkcijas uz kursa funkciju, kas iegūta no paša GPS uztvērēja veiktajiem satelīta novērojumiem, un kad ātrums samazinās, uztvērējs atgriezās kompasa virzienā.

Uz satelīta uztvērējs varētu aprēķināt gan ģeogrāfiskos (patiesos), gan magnētiskos kustības azimutus, ir iebūvēta programmatūra, kas satur Zemes galvenā ģeomagnētiskā lauka modeļa parametrus. Uztvērējs nepārtraukti atjaunina informāciju par virzienu uz objektu, lietotājam pārvietojoties pa nejaušu ceļu uz objektu.

Magnetoinduktīvie virziena sensori parādījās salīdzinoši nesen - pirmais patents tiem tika izdots 1989. gadā. Tās darbības princips ir balstīts uz to, ka oscilators izmanto spoli, kuras induktivitāte mainās apkārtējā magnētiskā lauka izmaiņu ietekmē. Spoles induktivitātes maiņa izraisa ģeneratora frekvences izmaiņas. Tādējādi šāda veida magnetometrs mēra magnētisko lauku pēc tā ietekmes uz stieples vai solenoīda spoles induktivitāti.

Lai noteiktu virzienu uz ziemeļu magnētisko polu (horizontālajā plaknē), divi šādi sensori, kas uzstādīti perpendikulāri viens otram, ir uzstādīti uz kardāna tā, lai tie atrastos horizontālā plaknē, un trīs asu viens – inklinometrs. tiek izmantots arī. Daudzu mūsdienu automašīnu kompasu pamatā ir magnētiski induktīvi sensori.

Dodoties medībās uz nepazīstamu apvidu, kur nav redzamu orientieru, jāņem līdzi kompass ar apgabala karti. Šādi piesardzības pasākumi ir nepieciešami stepēs un tundrā, kalnos. Tumšā naktī, miglainā dienā vai sniegputenī neiztikt bez kompasa.

Kas tur ir

Kompass ir ierīce, ko var izmantot, lai pārvietotos nepazīstamā apvidū.

Kompasi ir:

• magnētisks;
• šķidrums;
• elektroniski.

Šķidrums

Visprecīzākais no visiem magnētiskajiem tiek uzskatīts par šķidro kompasu. Tipiskā vienkāršā versijā tas izskatās kā ar ūdeni pildīts “katls”, kurā uz vertikālas ass ir piestiprināta alumīnija vai bronzas kasetne. Kartes dažādās pusēs ir piestiprināti magnēti.

Šādās ierīcēs šķidrums stabilizē adatu stabilā stāvoklī, adata palīdz precīzi noteikt rādījumus.

Planšetdators

Šāda ierīce ir tabletes formā, kurā ir apaļa kolba ar magnetizētu bultiņu. Planšetdatora kompass ir aprīkots ar palielināmo stiklu, lai atvieglotu skalas apskati. Īpašs šķidrums kapsulā nodrošina bultas stabilitāti ātras kustības laikā.

Pamata modeļi

Paredzēti iesācējiem tūristiem, viņiem ir viss nepieciešamās sastāvdaļas, bet tiem nav spoguļa vai noviržu regulēšanas.

Daudzfunkcionāls

Tie ir aprīkoti ar spoguli, palielināmo stiklu un citām papildu funkcijām. Piemērots regulāriem pārgājieniem nomalē, prom no maršrutiem.

Magnētiskais

Ir vairāki ierīču veidi, ar kuriem jūs varat noteikt kardinālos virzienus.

Mehānisks

Tas var būt parasts tūrists. Šāda veida kompasam ir sarkana adata ar sarkanu galu, kas vērsta uz ziemeļiem, kur magnētiskais lauks ir spēcīgākais. Ar vienkāršu magnētisku ierīci kopā ar karti var precīzāk noteikt dažādu objektu atrašanās vietu.

Militārajiem spēkiem

No parastās tas atšķiras ar palielināmo lēcu un tēmēšanas ierīci. Ar šādu ierīci var precīzāk noteikt ceļa virzienu laukā.

Ģeoloģiskā

Šajā ierīcē virziena skalas iedaļas atrodas pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Lai noteiktu iežu slāņu krišanas leņķus, tas ir aprīkots ar klinometru un pusloku.

Higroskopisks

Lidmašīnās un upju laivās ir uzstādīts higroskopisks kompass. jūras kuģi. Tas ir aprīkots ar žiroskopu, pateicoties šai ierīcei, tas norāda uz patieso polu, nevis uz magnētisko polu. Šī ierīce ir stabila, tāpēc šūpošanās laikā precīzāk parāda virzienu.

Astronomijas

Šis skats ļauj noteikt galvenos virzienus, pamatojoties uz zvaigznēm un gaismekļiem. Ierīces trūkums ir tāds, ka to nevar izmantot dienas laikā.

Orientēšanās sportam

Kādu kompasu vajadzētu izvēlēties sportistiem? Viņiem jāprot izmantot magnētisko kompasu un saprast topogrāfisko karti.

Tāpēc kompass priekš orientēšanās jābūt ar augstas veiktspējas īpašībām, piemēram:

• magnētiskās adatas uzstādīšanas ātrums un ātrums;
• bultas stabilitāte straujas sportistu kustības laikā;
• lietošanas vienkāršība, lai ierīce būtu stabili turēta rokā;
• mazs izmērs un viegls svars.

Elektroniskie kompasi darbojas, pamatojoties uz magnija sensoriem, kas ieslēdzas meklēšanas laikā nepieciešamās koordinātas satelītu navigācijas sistēmā. Tie ir paredzēti tikai profesionāļiem, tos izmanto galvenokārt militārpersonas un tiesībaizsardzības iestāžu pārstāvji.

Atkarībā no atrašanās vietas un mērķa tiek izmantoti šāda veida elektroniskie navigatori.

Norāda radioviļņus izstarojoša objekta virzienu. To izmanto aviatori, lai lidojumu laikā pārvietotos kosmosā.

Tas atšķiras no mehāniskā tūristu ar to, ka tam nav magnetizēta rādītāja. Kompass nosaka kardinālos virzienus ar elektroniskās shēmas. Tas parāda laiku, tam ir dažādi iebūvēti papildu programmas, pat video.

GPS un GLONASS

Šie navigatori darbojas, izmantojot elektronisku sistēmu, tie saņem signālus no vairākiem satelītiem, lai noteiktu precīzu atrašanās vietu un virzienu.

GPS uztvērēji tiek uzskatīti par augstas kvalitātes navigatoriem un gandrīz vienmēr ir aprīkoti ar elektronisku kompasu. Bet GPS navigatori nevar strādāt bez akumulatora, kas ir visvairāk īstais brīdis var beigties. Tāpēc pārgājiena laikā neiztikt bez magnētiskā kompasa vai rezerves bateriju komplekta.

GPS uztvērējiem, atšķirībā no magnētiskajiem kompasiem, ir šāda priekšrocība: tie spēj noteikt pašreizējo atrašanās vietu bez redzamiem orientieriem sniegotās dienās un miglainā laikā. Ar GPS ierīci var viegli iestatīt vēlamo virzienu, izvairoties no šķēršļa, un pārregulēt kompasu pa mainīto maršruta līniju.

Izvēles kritēriji

Kompasa izvēle ir atkarīga no mērķa: jūs to iegādājaties medībām, pārgājieniem vai orientēšanās sportam. Kompasa modeli ieteicams izvēlēties tādu, lai to varētu izmantot dažādas situācijas: pārgājienu un orientēšanās sacensību laikā.

Kāds ir labākais kompass pārgājieniem un riteņbraucējiem?

Izvēloties, jums jāņem vērā dažas nianses:

• Pārgājieniem piemēroti klasiskie kompasu modeļi ar grādu dalījumu un lineālu.
• Tūristi bieži izmanto grādu aprēķinus un azimuta aprēķinus, tāpēc pārgājienos viņiem ir nepieciešams lineāls un grādu skala uz kompasa.
• Velosipēdistiem pieņemamāks variants ir GPS navigators, lai gan tā baterijas ātri izlādējas. Tāpēc velobraucējiem līdzi būs jāņem klasiskais kompass.
• Lidojumam priekšroka jādod elektroniskajiem navigatoriem, jo ​​tie ir daudzfunkcionāli un ar tiem var noteikt gan augstumu, gan spiedienu.

Labāko modeļu apskats

Labas kvalitātes aprīkojumu tūristiem ražo Zviedrijas uzņēmums Silva un Somijas uzņēmums Suunto.

Piemērots lietošanai uz jebkura reljefa, tas ir klasisks profesionāls instruments orientēšanās sportā, aprīkots ar Spectra sistēmu, instrumenta adata ir taisna un plata, ērta ātrai nolasīšanai.

Atšķiras ar šādām funkcijām:

1. Ar spēcīgu magnētu instrumenta adata ātri nomierinās.
2. Caurspīdīga pamatplāksne ar skaidriem marķējumiem
3. Droši ievietojams rokā.
4. Silva 6 Nor Spectra Right var turēt arī labajā rokā.

Suunto M-9 rokas modelis ir ērts un daudzfunkcionāls.

Tūristi to izvēlas mazā izmēra un vieglā svara, kā arī virziena noteikšanas precizitātes dēļ. Plaukstas ierīci var izmantot arī zem ūdens.

Laba Amerikā ražota ierīce tiek uzskatīta par visuzticamāko un piemērotāko izmantošanai lauka apstākļos.

Alumīnija korpuss ir īpaši izturīgs un ūdensnecaurlaidīgs. Ierīcei ir raksturīga paaugstināta virziena noteikšanas precizitāte.

Kā orientēties ar kompasu

Tātad, ko darīt:

1. Vispirms jums ir jānosaka orientieris, pie kura jums vajadzētu atgriezties, piemēram, tas varētu būt koks.
2. Orientēšanās sākas, nospiežot īpašu slēdzeni un atbrīvojot magnētisko adatu.
3. Paņemot ierīci un novietojot to horizontāli uz plaukstas, jums jāgaida, līdz zilā bultiņa nostājas skalas 0 grādos, pēc tam pagrieziet vāku, lai uzstādītu to ar slotu pret sevi un priekšējo tēmēkli pret objektu.
4. Izvēloties kustības virzienu, jums tas jānostiprina un jāatceras leņķa vērtība, ko sauc par "azimutu".
5. Pastāvīgi pārbaudot virzienu, jums jāsāk kustēties.
6. Kad esat sasniedzis pēdējo kustības punktu, jums vajadzētu apgriezties ap savu asi. Tas nozīmē, ka tika veikta rotācija ap savu asi par 180 grādiem. Izrādās, ka atgriezāmies maršruta sākuma punktā.

Tūristi un ceļotāji, kā arī mednieki jebkurā brīdī var nonākt nepazīstamās vietās un pazaudēt tālākās kustības virzienu. Šādos gadījumos kompass var ātri noteikt atrašanās vietu.

Taču pirms kompasa izvēles jāizpēta to veidi, īpašības, kā arī kam un kādiem nolūkiem tie paredzēti.

Video

No mūsu video jūs uzzināsit, kā mežā izmantot kompasu.

Ikviens, kurš ir mēģinājis savam robotam uzstādīt elektronisko kompasu, ir uzdevis šādu jautājumu: kā patiesībā no šīs ierīces var iegūt virtuālu bultiņu, kas norādītu uz ziemeļiem? Ja arduino pievienosim vispopulārāko HMC5883L sensoru, mēs iegūsim skaitļu straumi, kas to pagriežot uzvedas dīvaini. Ko darīt ar šiem datiem? Mēģināsim to izdomāt, jo pilna robota navigācija bez kompasa nav iespējama.
Pirmkārt, ierīce, ko bieži sauc par kompasu, patiesībā ir magnetometrs. Magnetometrs ir ierīce, kas mēra magnētiskā lauka stiprumu. Visi mūsdienu elektroniskie magnetometri ir ražoti, izmantojot MEMS tehnoloģiju un ļauj veikt mērījumus pa trim perpendikulārām asīm vienlaikus. Tātad ierīces radītā skaitļu plūsma faktiski ir magnētiskā lauka projekcija uz trim asīm magnetometra koordinātu sistēmā. Citām pozicionēšanai un navigācijai izmantotajām ierīcēm ir tāds pats datu formāts: akselerometrs un žirotahometrs (pazīstams arī kā žiroskops). Attēlā parādīts vienkāršs gadījums, kad kompass ir novietots horizontāli pret zemes virsmu pie ekvatora. Sarkanā bultiņa norāda virzienu uz Ziemeļpolu. Punktētās līnijas norāda šīs bultiņas projekcijas uz attiecīgajām asīm. Šķiet, ka tas tā ir! Kāja ir vienāda ar pretējā leņķa tangensu. Lai iegūtu virziena leņķi, jums būs jāņem kāju attiecības arktangenss: H = atan(X/Y) Ja mēs veiksim šos vienkāršos aprēķinus, mēs faktiski iegūsim kādu rezultātu. Žēl, ka joprojām nesaņemsim pareizo atbildi, jo mēs neņēmām vērā vairākus faktorus:

1. Zemes magnētiskā lauka vektora pārvietošanās un deformācija ārējās ietekmes ietekmē.
2. Slīpuma un slīpuma ietekme uz kompasa rādījumiem.
3. Atšķirība starp ģeogrāfisko un magnētisko polu ir magnētiskā deklinācija.

Šajā rakstā mēs izpētīsim šīs problēmas un uzzināsim, kā tās atrisināt. Bet vispirms aplūkosim magnetometra rādījumus savām acīm. Lai to izdarītu, mums tie kaut kā jāvizualizē.

1. Magnetometra rādījumu vizualizācija

Kā mēs zinām, attēls ir tūkstoš vārdu vērts. Tāpēc lielākas skaidrības labad mēs izmantosim 3D redaktoru, lai vizualizētu magnetometra rādījumus. Šiem nolūkiem varat izmantot SketchUp ar spraudni “mākonis” (http://rhin.crai.archi.fr/rld/plugin_details.php?id=678) Šis spraudnis ļauj ielādēt punktu masīvus no skata faila. programmā SketchUp: 212 -321 -515 211 -320 -515 209 -318 -514 213 -319 -516 Atdalītājs var būt tabulēšana, atstarpe, semikolu utt. Tas viss ir norādīts spraudņa iestatījumos. Tur var arī lūgt salīmēt visus punktus ar trijstūriem, kas mūsu gadījumā nav nepieciešams. Vienkāršākais veids, kā saglabāt magnetometra rādījumus, ir pārsūtīt tos caur COM portu uz Personālais dators uz seriālā porta monitoru un pēc tam saglabājiet tos teksta fails. Otrā metode ir savienot SD karti ar Arduino un ierakstīt magnetometra datus failā SD kartē. Pēc datu ierakstīšanas un importēšanas SketchUp mēģināsim veikt eksperimentu. Mēs pagriezīsim magnetometru ap Z asi, un vadības programma šajā laikā reģistrēs sensora rādījumus ik pēc 100 ms. Kopā tiks ierakstīti 500 punkti. Šī eksperimenta rezultāts ir parādīts zemāk:
Ko jūs varat teikt, skatoties uz šo zīmējumu? Pirmkārt, var redzēt, ka Z ass patiešām ir fiksēta - visi punkti atrodas vairāk vai mazāk XY plaknē. Otrkārt, XY plakne ir nedaudz sasvērta, ko varētu izraisīt vai nu mana rakstāmgalda sasvēršanās, vai Zemes magnētiskā lauka sasvēršanās :) Tagad paskatīsimies uz to pašu attēlu no augšas:
Pirmais, kas iekrīt acīs, ir tas, ka koordinātu centrs nemaz neatrodas iezīmētā apļa centrā! Visticamāk, izmērīto magnētisko lauku kaut kas ir “nobīdījis” uz sāniem. Turklāt šim “kaut kam” ir augstāks spriegums nekā Zemes dabiskajam laukam. Otrs novērojums ir tāds, ka aplis ir nedaudz iegarens augstumā, kas norāda uz nopietnākām problēmām, par kurām mēs runāsim tālāk. Kas notiek, ja vienlaikus pagriežat kompasu ap visām asīm? Tieši tā, rezultāts nav aplis, bet sfēra (precīzāk, sferoīds). Šī ir joma, ar kuru es nokļuvu:
Papildus galvenajiem 500 sfēras punktiem ir pievienoti vēl trīs masīvi, katrs ar 500 punktiem. Katra no pievienotajām punktu grupām ir atbildīga par magnetometra pagriešanu ap fiksētu asi. Tādējādi apakšējais aplis tiek iegūts, pagriežot ierīci ap Z asi. Aplis labajā pusē tiek iegūts, pagriežot ap Y asi Lasiet tālāk, kāpēc šie apļi neapņem bumbu gar ekvatoru.

2. Magnētiskais slīpums

Patiesībā pēdējais zīmējums var šķist nedaudz dīvains. Kāpēc, atrodoties horizontālā stāvoklī, sensors rāda gandrīz maksimālā vērtība pa Z asi?? Situācija atkārtojas, ja noliecam ierīci, piemēram, ar X asi uz leju, un atkal iegūstam maksimālo vērtību (kreisais aplis). Izrādās, sensoru nepārtraukti ietekmē lauks, kas caur sensoru tiek virzīts uz leju uz zemes virsmu! Šajā patiesībā nav nekā neparasta. Šo zemes magnētiskā lauka īpašību sauc magnētiskais slīpums. Pie ekvatora lauks ir vērsts paralēli zemei. Dienvidu puslodē - uz augšu no zemes noteiktā leņķī. Un ziemeļu puslodē, kā mēs jau novērojām, lejup. Apskatīsim attēlu.
Magnētiskais slīpums mums nekādā veidā netraucēs izmantot kompasu, tāpēc mēs par to pārāk daudz nedomāsim, bet vienkārši ņemiet vērā šo interesanto faktu. Tagad pāriesim tieši pie problēmām.

2.1. Magnētiskā lauka kropļojumi: cietais un mīkstais dzelzs

Ārzemju literatūrā magnētiskā lauka kropļojumus parasti iedala divās grupās: cietais dzelzs un mīkstais dzelzs. Zemāk ir attēls, kas ilustrē šo izkropļojumu būtību.
Cietais dzelzs Es jums izsniedzu sertifikātu. Zemes magnētiskā lauka intensitāte ir ļoti atkarīga no zemes koordinātām, pie kurām tā tiek mērīta. Piemēram, Keiptaunā (Dienvidāfrika) lauks ir aptuveni 0,256 Gauss, bet Ņujorkā tas ir divreiz augstāks - 0,52 Gauss. Uz planētas kopumā magnētiskā lauka intensitāte svārstās diapazonā no 0,25 Gauss līdz 0,65 Gauss. Salīdzinājumam parastā ledusskapja magnēta lauks ir 50 Gauss, kas ir simts reizes lielāks par magnētisko lauku Ņujorkā!! Ir skaidrs, ka jutīgs magnetometrs var viegli sajaukt, ja tā tuvumā parādās kāds no šiem magnētiem. Protams, uz kvadrokopteriem šādu magnētu nav, taču ir daudz jaudīgāki slēdzamo vārstu motoru retzemju magnēti, kā arī elektroniskās kontrolleru shēmas, strāvas vadi un akumulators. Šādus parazitārā magnētiskā lauka avotus sauc par cieto dzelzi. Iedarbojoties uz magnetometru, tie rada zināmu nobīdi izmērītajām vērtībām. Paskatīsimies, vai mūsu sfērā ir cietās dzelzs deformācijas. Sfēras punktu projekcija uz XY plakni izskatās šādi:
Var redzēt, ka punktu mākonim ir kāda manāma nobīde pa Y asi pa kreisi. Pa Z asi pārvietošanās praktiski nav. Šādu kropļojumu novēršana ir ļoti vienkārša: pietiek ar nobīdes lielumu palielināt vai samazināt no ierīces saņemtās vērtības. Piemēram, cietā dzelzs kalibrēšana Y asij būtu: Ycal_hard = Y — Ybias Kur Ycal_hard— kalibrētā vērtība; Y— sākotnējā vērtība; Ybias— pārvietojuma vērtība. Lai aprēķinātu Ybias, mums ir jānosaka Y maksimālās un minimālās vērtības un pēc tam jāizmanto vienkārša izteiksme: Ybias = (Ymin-Ymax)/2 — Ymin Kur Ybias— vēlamā pārvietojuma vērtība; Ymin— Y ass minimālā vērtība; Ymaks— Y ass maksimālā vērtība. Mīksts dzelzs Atšķirībā no Hard Iron, Soft kropļojumi ir daudz mānīgāki. Atkal, izsekosim šāda veida ietekmi uz iepriekš savāktajiem datiem. Lai to izdarītu, pievērsīsim uzmanību faktam, ka attēlā redzamā bumba nemaz nav bumba. Tās projekcija uz YZ asi ir nedaudz saplacināta augšpusē un nedaudz pagriezta pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Šos traucējumus izraisa feromagnētisku materiālu klātbūtne sensora tuvumā. Šāds materiāls ir kvadrokoptera metāla rāmis, motora korpuss, vadi vai pat metāla stiprinājuma skrūves. Sensoru rādījumu reizināšana ar noteiktu reizinātāju palīdzēs labot situāciju ar saplacināšanu: Ycal_soft = Y * Yscale Kur Ycal_hard— kalibrētā vērtība; Y— sākotnējā vērtība; Yscale— mērogošanas koeficients. Lai atrastu visus koeficientus (X, Y un Z), jums ir jāidentificē ass ar lielāko atšķirību starp maksimālo un minimālo vērtību, un pēc tam izmantojiet formulu: Y skala = (Amax-Amin)/(Ymax-Ymin) Kur Yscale— vēlamais deformācijas koeficients pa Y asi; Amaks— maksimālā vērtība uz kādas ass; Amin— minimālā vērtība uz kādas ass; Ymaks— maksimālā vērtība uz Y ass; Ymin- minimālā vērtība uz Y ass Vēl viena problēma, kuras dēļ sfēra izrādījās pagriezta, ir nedaudz grūtāk atrisināt. Tomēr šādu kropļojumu devums kopējā mērījumu kļūdā ir diezgan mazs, un mēs sīkāk neaprakstīsim tā “manuālās” izlīdzināšanas metodi.

2.2. Automātiska kalibrēšana

Jāsaka, ka manuāli iegūt precīzus minimālo un maksimālo magnetometra rādījumus nav viegls uzdevums. Šai procedūrai jums būs nepieciešams vismaz īpašs statīvs, kurā var fiksēt vienu no ierīces asīm. Daudz vienkāršāk ir izmantot automātisko kalibrēšanas algoritmu. Šīs metodes būtība ir iegūto punktu mākoni tuvināt ar elipsoīdu. Citiem vārdiem sakot, mēs izvēlamies elipsoīda parametrus tā, lai tas pēc iespējas precīzāk atbilstu mūsu punktu mākonim, kas izveidots, pamatojoties uz magnetometra rādījumiem. No šādā veidā izvēlētajiem parametriem varam iegūt nobīdes vērtību, mēroga koeficientus un koeficientus asu ortogonalizācijai. Internetā var atrast vairākas šim nolūkam piemērotas programmas. Piemēram, MagCal vai cits - Magneto. Atšķirībā no MagCal, Magneto aprēķinātie parametri tiek izvadīti lietošanai gatavā formā, bez nepieciešamības veikt papildu transformācijas. Šī ir programma, kuru mēs izmantosim. Programmas galvenā un vienīgā forma izskatās šādi:
Laukā “Neapstrādāti magnētiskie mērījumi” atlasiet failu ar avota datiem. Laukā “Magnētiskā vai gravitācijas lauka norma” ievadiet Zemes magnētiskā lauka vērtību mūsu dislokācijas punktā. Ņemot vērā, ka šis parametrs nekādā veidā neietekmē mūsu virtuālā kompasa adatas novirzes leņķi, es iestatīju vērtību uz 1090, kas atbilst vērtībai 1 Gauss. Pēc tam noklikšķiniet uz pogas Kalibrēt un iegūstiet:

1. nobīdes vērtības visām trim asīm: Kombinētā novirze (b);
2. un skalas un ortogonalizācijas matrica: Korekcija kombinētajiem mēroga faktoriem, novirzēm un mīkstajam dzelzs (A-1).

Ar burvju matricas palīdzību mēs novērsīsim mūsu mākoņa saplacināšanu un novērsīsim tā nelielo rotāciju. Vispārējā kalibrēšanas formula ir šāda: Vcal = A-1 * (V - Vbias) Kur Vcal- kalibrētu magnetometra vērtību vektors trim asīm; A-1— mēroga un ortogonalizācijas matrica; Vbias— nobīdes vektors pa trim asīm.

3. Magnetometra slīpuma ietekme uz aprēķināto virzienu

Nākamā problēma ir otrā. Raksta sākumā mēs jau mēģinājām aprēķināt leņķi starp ziemeļiem un kompasa adatu. Šim nolūkam darbojas vienkārša formula: H = atan(Y/X) Kur H— kompasa adatas novirzes leņķis no ziemeļu virziena; X,Y— magnetometra kalibrētās vērtības. Tagad iedomājieties, ka mēs nofiksējam X asi stingri ziemeļu virzienā un sākam griezt sensoru ap šo asi (mēs pagriežam). Izrādās, ka lauka projekcija uz X asi paliek nemainīga, bet projekcija uz Y asi mainās. Saskaņā ar formulu kompasa adata būs vērsta vai nu uz ziemeļrietumiem, vai uz ziemeļaustrumiem, atkarībā no tā, kurā virzienā mēs noliecamies. Šī ir otrā elektroniskā kompasa problēma, kas norādīta raksta sākumā. Ģeometrija palīdzēs atrisināt problēmu. Mums vienkārši jāpagriež magnētiskais vektors inklinometra norādītajā koordinātu sistēmā. Lai to izdarītu, mēs pārmaiņus reizinām divas kosinusa matricas ar vektoru: Vcal2 = Ry*Rx*Vcal Kur Vcal— magnētiskais vektors, atbrīvots no cietajiem un mīkstiem kropļojumiem; Rx Un Ry— rotācijas matricas ap X un Y asīm; Vcal2— magnētiskais vektors, attīrīts no sānsveres un slīpuma ietekmes. Kontroliera programmai piemērota formula izskatīsies šādi: Xcal2 = Xcal*cos(sitiens) + Ycal*sin(ritiens)*sin(sitiens) + Zcal*cos(ritiens)*sin(sitiens) Ycal2 = Ycal*cos(rullis) — Zcal*sin(rullis) H = atan2 (-Ycal2, Xcal2) Kur roll Un piķis— sasvēršanās ap X un Y asīm; Xcal, Ycal, Zcal— magnetometra vektors (Vcal); Ycal2, Ycal2- kalibrētas magnetometra vērtības (mēs neskaitām Zcal2 - mums tas nebūs vajadzīgs); H- leņķis starp ziemeļiem un kompasa adatu. (Jūs varat uzzināt, kas ir atan2 šeit: http://en.wikipedia.org/wiki/Atan2)

3. Atšķirība starp ģeogrāfisko un magnētisko polu

Kad esam ieguvuši vairāk vai mazāk precīzu kompasa adatas novirzes leņķi no ziemeļu virziena, ir pienācis laiks novērst vēl vienu problēmu. Fakts ir tāds, ka magnētiskie un ģeogrāfiskie poli uz mūsu planētas ievērojami atšķiras atkarībā no tā, kur mēs veicam mērījumus. Citiem vārdiem sakot, “ziemeļi”, uz kuriem norāda jūsu pārgājiena kompass, nepavisam nav ziemeļi, kur ir ledus un polārlāči. Lai izlīdzinātu šīs atšķirības, sensora rādījumiem jāpievieno (vai jāatņem) noteikts leņķis, ko sauc par magnētisko deklināciju. Piemēram, Jekaterinburgā magnētiskās deklinācijas vērtība ir +14 grādi, kas nozīmē, ka izmērītie magnetometra rādījumi jāsamazina par tiem pašiem 14 grādiem. Lai uzzinātu magnētisko deklināciju jūsu koordinātēs, varat izmantot īpašu resursu: http://magnetic-declination.com/

Secinājums

Visbeidzot daži padomi navigācijai ar magnetometru.

1. Kalibrēšana jāveic tieši tādos apstākļos, kādos drons lidos reālajā dzīvē.
2. Magnetometru labāk nēsāt ārā no robota korpusa uz stieņa. Tādā veidā to ietekmēs mazāks troksnis.
3. Lai aprēķinātu virzienu, labāk izmantot kompasa + žiroskopa kombināciju. Šajā gadījumā to rādījumi tiek sajaukti saskaņā ar noteiktu noteikumu (datu saplūšana).
4. Ja mēs runājam par lidmašīnu ar lielu virziena ātrumu, ieteicams izmantot kompasa + žiroskopa + GPS kombināciju.