Quando você sai da cidade, o usual como um smartphone não ajuda mais. Você precisa de um dispositivo confiável que o ajude a navegar no espaço (e às vezes no tempo), além de obter outras informações importantes. Além disso, o aparelho deve ser o mais leve possível, compacto e, aliás, multifuncional. Esta bússola digital é apenas isso. Com ele (e com baterias carregadas em estoque) você não se perderá, determinará com precisão o ponto onde está, o que significa que saberá para onde seguir em frente.

O aparelho pesa bem menos de 100 gramas, cabe confortavelmente e facilmente na mão, possui vários sensores embutidos, display LCD e possibilidade de salvar o histórico dos últimos dados registrados (até 8 posições). Um cordão conveniente para pendurar no pescoço e um elemento de LED para iluminar no escuro completam os recursos básicos para um nível confortável.

Recursos integrados:

1. ver;
2. calendário;
3. termômetro;
4. barômetro;
5. altímetro;
6. bússola;
7. sensor meteorológico.

E tudo junto torna possível não apenas determinar as coordenadas da sua localização, mas também traçar o curso certo para o seu destino.

Relógio e calendário

Com esses contadores, compreensíveis até para as crianças, tudo é simples. Depois de definir a data e hora corretas e acompanhar o momento atual. Você pode selecionar formatos de exibição de 12 ou 24 horas. Pressionar o botão SET permite mover de hora para data. E um toque longo no botão SET permite entrar no modo de configuração, no qual você pode definir a data / hora, bem como selecionar as unidades de medida usuais.

Termômetro

A temperatura pode ser exibida em Celsius ou Fahrenheit. Existem também várias opções para determinar o estado do tempo para o futuro próximo: claro, quase nublado, nublado e precipitação. As informações são atualizadas a cada 30 segundos.

Barômetro

O valor da pressão atmosférica, bem como a hora com data e temperatura atual, são exibidos no visor no modo padrão. As informações são atualizadas a cada 30 segundos. Se forem necessários dados precisos, pressione e segure os botões SET e ALTI. A pressão atmosférica pode ser exibida em milímetros de mercúrio e em Hecto-Pascals.

Altímetro

Pressionar o botão ALTI alterna para o modo de medição de altura absoluta (ABS). Os dados são atualizados a cada 5 segundos. Manter pressionado o botão ALTI coloca você no modo Altura Relativa (REL), que redefine a leitura para 0. A altitude pode ser medida em metros ou pés.

Bússola

Pressionar o botão COMP permite que você mude para o modo bússola. Segurar o mesmo botão muda para o modo de teste. Como fazer isso é descrito em detalhes nas instruções que acompanham. Mantenha a bússola longe de campos magnéticos ao medir a direção. A distorção pode ocorrer devido a outros ímãs nas proximidades, bem como devido a objetos de ferro e aço.

Em geral, com esse assistente eletrônico manual, você não se perderá. Mais uma vez, lembramos sobre o fornecimento de baterias. Aqui, "dedinhos" são usados.

Presente para um viajante

Uma coisa tão útil, claro, será apreciada por quem gosta de acampar por muito tempo, principalmente em áreas montanhosas. E ele também pode usar um pedômetro e uma multiferramenta 4 em 1. A multiferramenta possui uma lanterna potente, uma lâmpada noturna, um ventilador e um dispositivo de música (reprodução de arquivos MP3 e rádio). Durante o estacionamento e no escuro ajuda muito.

Características

• 7 em 1: relógio, calendário, termômetro, sensor meteorológico, bússola, altímetro, barômetro;
• as instruções são anexadas;
• Tela de LCD;
• luz de fundo com sinal de LED por 5 segundos;
• salvar e visualizar o histórico de valores anteriores;
• dimensões: 6,5 x 2,5 x 10 cm;
• peso: 85 g;
• período de atualização de dados: 30 segundos;
• faixa de temperatura: -10°C a 50°C (14-122°F);
• faixa de altitude: -305 m a 9.144 m (-1.000 a 30.000 pés);
• faixa de pressão atmosférica: de 225 mm Hg a 788 mm Hg (301-1051 hPa);
• Funciona com 2 pilhas AAA (não inclusas)
• há uma renda;
• marca: LeFutur;
• embalagem: caixa de marca;
• Dimensões da caixa: 7 x 11 x 3 cm.

Até recentemente em geodésia bússolas e bússolas foram usadas principalmente, onde o elemento sensível é uma agulha magnetizada girando em uma haste e usada em várias modificações desses dispositivos por vários milênios. Ao orientar, a agulha assume uma posição tal que seu plano fica paralelo às linhas do campo magnético que passam neste local. Se a agulha tiver dois graus de liberdade, ou seja, ela pode girar nos planos horizontal e vertical, então a direção em que a agulha aponta mostrará tanto a declinação quanto a inclinação do campo geomagnético local. Em muitos aparelhos, para que a agulha mostre com precisão a direção do polo magnético norte, ela costuma ser balanceada especificamente para as características do campo magnético da região em que a bússola será operada.

Às vezes são usadas bússolas com balanceamento global, que podem ser usadas em todo o mundo. Para amortecer as vibrações da agulha durante o movimento, a bússola é preenchida com líquido (uma mistura de água com álcool ou óleo purificado). As leituras de tais instrumentos estão carregadas de erros devido à influência de influências externas, como vibração, inclinação, aceleração e campos magnéticos externos. As bússolas e bússolas tradicionais são difíceis de adaptar à leitura digital e, portanto, difíceis de usar em combinação com os mais recentes instrumentos geodésicos.

em moderno bússolas eletrônicas usado como um elemento sensor magnetômetros, que são, como a bússola, instrumentos analógicos e medem a intensidade de um ou mais componentes do campo magnético da Terra no ponto onde está localizado. Os sinais da saída do magnetômetro são convertidos em formato digital e podem ser usados ​​para processamento posterior pelo microprocessador. Nos instrumentos modernos, são utilizados principalmente magnetômetros, que utilizam sensores magnetorresistivos e magnetoindutivos, sensores baseados no efeito Hall, bem como sensores feitos com a tecnologia "fluxgate". Para orientação, geralmente é usada uma bússola eletrônica, que possui dois magnetômetros montados em um plano horizontal em ângulos retos entre si para medir um dos componentes B x ou B y do campo magnético, respectivamente, ao longo do eixo x ou ao longo do eixo y. O ângulo entre o eixo x e o meridiano magnético será:

ψ = arctg(B y / Bx). (7.1)

Os magnetômetros modernos são pequenos e construídos em circuitos integrados.

Algum instrumentos geodésicos sensores anisotrópicos magnetoresistivos (AMP) são embutidos, que são resistores especiais feitos de um filme fino de permalloy, cujo vetor de magnetização, ao entrar em um campo magnético externo, começa a girar ou mudar de ângulo, alterando a resistência do filme. Nas medições, esse filme é colocado em uma ponte de Whitson e é avaliada a mudança de tensão causada pela mudança na resistência do filme, segundo a qual a força do campo magnético é estimada. Os sensores magnetorresistivos fornecem precisão superior a um grau e podem ter um, dois ou três eixos e são incorporados em bússolas eletrônicas.

Deve-se notar que muitos receptores de satélite possuem bússolas eletrônicas embutidas semelhantes. Os receptores de satélite geralmente usam uma bússola de dois eixos e, em alguns casos, sensores de direção de três eixos, que permitem obter direções bastante precisas, mesmo no caso de uma leve inclinação. No caso em que o receptor de satélite está se movendo a uma velocidade superior a 10 km/h, ele pode determinar a direção de seu movimento a partir de observações de satélite com um erro de menos de um grau. Em velocidades mais baixas, um receptor GPS completo com uma antena não é capaz de determinar a direção do movimento. Portanto, o receptor é sintonizado para que, ao atingir uma determinada velocidade (por exemplo, 5 ou 10 km por hora), passe da função de rumo da bússola para a função de rumo obtido a partir de observações de satélite feitas pelo próprio receptor GPS, e quando a velocidade do movimento diminui, o receptor retorna à direção da bússola.

Para que o receptor de satélite possa calcular tanto os azimutes geográficos (verdadeiros) quanto os magnéticos de movimento, é embutido no receptor um software que contém os parâmetros do modelo do campo geomagnético principal da Terra. O receptor atualiza continuamente as informações de direção do objeto enquanto o usuário navega em um caminho arbitrário para o objeto.

Os sensores de direção indutiva magnética apareceram relativamente recentemente - a primeira patente para eles foi emitida em 1989. O princípio de sua operação é baseado no fato de que o gerador de oscilação usa uma bobina, cuja indutância muda sob a influência de mudanças no campo magnético circundante. Uma mudança na indutância da bobina causa uma mudança na frequência do gerador. Assim, este tipo de magnetômetro mede o campo magnético por seu efeito na indutância de uma bobina de fio ou solenoide.

Para determinar a direção do pólo magnético norte (no plano horizontal), dois desses sensores, instalados perpendicularmente um ao outro, são fixados em um gimbal para que fiquem localizados em um plano horizontal, e um inclinômetro também é usado em três -eixo um. Muitas bússolas automotivas modernas são baseadas em sensores indutivos magnéticos.

Quando você vai caçar em uma área desconhecida, onde não há pontos de referência visíveis, você deve levar uma bússola com um mapa da área com você. Tal precaução é necessária na estepe e na tundra, nas montanhas. Você não pode prescindir de uma bússola em uma noite escura, em um dia de neblina e em uma nevasca.

O que são

Uma bússola é um dispositivo com o qual você pode navegar em terreno desconhecido.

As bússolas são:

• magnético;
• líquido;
• eletrônico.

Líquido

O mais preciso entre todos os magnéticos é considerado uma bússola líquida. Em uma versão simples típica, parece um “caldeirão” cheio de água, no qual uma placa de alumínio ou bronze é fixada em um eixo vertical. Existem ímãs presos a cada lado do cartão.

Nesses dispositivos, o líquido estabiliza o ponteiro, em uma posição estável, o ponteiro ajuda a determinar a leitura com precisão.

Tábua

Tal dispositivo é apresentado na forma de um comprimido, uma lâmpada redonda com uma seta magnetizada é instalada nele. Equipado com uma lupa de bússola para facilitar a visualização da escala. Um líquido especial na cápsula garante a estabilidade da flecha durante o movimento rápido.

Modelos Básicos

Desenhados para caminhantes iniciantes, possuem todos os componentes necessários, mas não possuem espelho e ajuste de desvio.

Multifuncional

Eles são equipados com espelho, lupa e outros recursos adicionais. Adequado para caminhadas regulares no sertão, longe das rotas.

Magnético

Existem vários tipos de dispositivos com os quais você pode determinar os pontos cardeais.

Mecânico

Acontece que é um turista comum. Esse tipo de bússola tem uma agulha de ponta vermelha que aponta para o norte, onde está o campo magnético mais forte. Com um dispositivo magnético simples, juntamente com um mapa, você pode determinar com mais precisão a localização de vários objetos.

Para os militares

Difere da lente de aumento usual e do dispositivo de mira. Com esse dispositivo, você pode determinar com mais precisão a direção do caminho no campo.

Geológico

Neste instrumento, as divisões da escala de direção são no sentido anti-horário. Para determinar os ângulos de incidência das camadas rochosas, é equipado com um clinômetro e um semi-membro.

Higroscópico

A bússola higroscópica é instalada em aeronaves e em navios fluviais. É equipado com um giroscópio, graças a tal dispositivo, mostra o pólo verdadeiro, e não o pólo magnético. Este dispositivo é estável, portanto, durante o acúmulo, mostra a direção com mais precisão.

Astronômico

Esta visão pode determinar os pontos cardeais, focando nas estrelas e luminares. A desvantagem do aparelho é que você não pode trabalhar com ele durante o dia.

para orientação

Qual bússola os atletas devem escolher? Eles devem ser capazes de usar uma bússola magnética e entender um mapa topográfico.

Portanto, uma bússola de orientação deve ter características de alto desempenho, como:

• velocidade e velocidade de instalação da agulha magnética;
• a estabilidade da flecha durante o movimento rápido dos atletas;
• facilidade de uso, para que o aparelho fique firme na mão;
• tamanho pequeno e peso leve.

As bússolas eletrônicas funcionam com base em sensores ampliados, sendo incluídas na busca das coordenadas desejadas no sistema de navegação por satélite. Destinam-se apenas a profissionais, são utilizados principalmente por militares e representantes de órgãos policiais.

Dependendo do local e da finalidade, são utilizados esses tipos de navegadores eletrônicos.

Indica a direção de um objeto que emite ondas de rádio. É usado por aviadores para orientação no espaço durante os voos.

Difere do turista mecânico por não possuir agulha magnetizada. A bússola determina eletronicamente os pontos cardeais. Ele mostra a hora, vários programas adicionais estão embutidos nele, até mesmo vídeos.

GPS e GLONASS

Esses navegadores funcionam com a ajuda de um sistema eletrônico, recebem sinais para determinar a localização e direção exatas de vários satélites.

Os receptores GPS são considerados navegadores de alta qualidade, quase sempre equipados com uma bússola eletrônica. Mas os navegadores GPS não funcionam sem bateria, que pode ser descarregada na hora certa. Portanto, durante a viagem, você não pode prescindir de uma bússola magnética ou de um conjunto de baterias sobressalentes.

Os receptores GPS, ao contrário das bússolas magnéticas, têm a seguinte vantagem: eles podem estimar a localização atual sem pontos de referência visíveis em dias de neve e neblina. Com um dispositivo GPS, você pode definir facilmente a direção desejada ao evitar qualquer obstáculo e reajustar a bússola ao longo da linha de rota alterada.

Critérios de escolha

A escolha de uma bússola depende da finalidade: compram-na para a caça, caminhadas ou orientação. Recomenda-se escolher um modelo de bússola de forma que possa ser usado em diferentes situações: durante caminhadas e competições de orientação.

Qual é a melhor bússola para caminhantes e ciclistas?

Ao escolher, você precisa observar algumas das nuances:

• Modelos clássicos de bússolas com divisão de graus e com régua são adequados para caminhadas.
• Os turistas costumam usar cálculos de graus e cálculos de azimute, então eles precisam de uma régua e um mostrador de graus na bússola em uma caminhada.
• Para os ciclistas, uma opção mais aceitável é um navegador GPS, embora suas baterias acabem rapidamente. Portanto, os ciclistas terão que levar consigo uma bússola clássica.
• Para viagens aéreas, deve-se dar preferência aos navegadores eletrônicos, pois são multifuncionais, você pode determinar altitude e pressão a partir deles.

Visão geral dos melhores modelos

Equipamentos de boa qualidade para turistas são produzidos pela empresa sueca Silva e pela empresa finlandesa Suunto.

Adequado para uso em qualquer terreno, é um clássico dispositivo de orientação profissional, equipado com o sistema Spectra, a seta do dispositivo é reta e larga, conveniente para leituras rápidas.

Difere em tais recursos:

1. Com um ímã forte, o ponteiro do dispositivo se acalma rapidamente.
2. Placa de base transparente com marcações claras
3. Colocação de segurança na mão.
4. O modelo Silva 6 Nor Spectra Right também pode ser segurado na mão direita.

O modelo de pulso Suunto M-9 é confortável e multifuncional.

Os turistas o escolhem por seu tamanho pequeno e peso leve, bem como pela precisão na determinação da direção. O dispositivo de pulso também pode ser usado debaixo d'água.

Um bom instrumento de fabricação americana é considerado o mais confiável, adequado para uso em campo.

A caixa de alumínio, possui a durabilidade especial, à prova d'água. O dispositivo é caracterizado por maior precisão na determinação da direção.

Como navegar com uma bússola

Então, o que precisa ser feito:

1. Primeiro você precisa determinar o marco para o qual deseja retornar, por exemplo, pode ser uma árvore.
2. A orientação começa pressionando uma trava especial e liberando a agulha magnética.
3. Pegando o dispositivo e colocando-o horizontalmente na palma da mão, você deve aguardar a posição da seta azul em 0 graus da escala, em seguida, gire a tampa para instalá-lo com o slot voltado para você e com a mira frontal para o objeto.
4. Tendo escolhido a direção do movimento, você deve corrigi-lo e lembrar o valor do ângulo, chamado de "azimute".
5. Verificando constantemente a direção, você precisa começar a se mover.
6. Depois de atingir o ponto final do movimento, você deve girar em torno de seu eixo. Isso significa que foi feita uma rotação em torno de seu eixo em 180 graus. Acontece que eles fizeram um retorno ao ponto de partida da rota.

Turistas e viajantes, assim como caçadores, podem a qualquer momento se encontrar em lugares desconhecidos e perder a direção de seu movimento posterior. Nesses casos, com uma bússola, você pode determinar rapidamente a localização.

Mas antes de escolher uma bússola, você precisa estudar seus tipos, propriedades, bem como para quem e para que finalidades se destinam.

Vídeo

Como usar uma bússola na floresta, você aprenderá com nosso vídeo.

Todo mundo que tentou colocar uma bússola eletrônica em seu robô se fez a seguinte pergunta: como, de fato, tirar desse aparelho algum tipo de flecha virtual que apontasse para o norte? Se conectarmos o sensor HMC5883L mais popular ao Arduino, obteremos um fluxo de números que se comportam de maneira estranha quando ele é girado. O que fazer com esses dados? Vamos tentar descobrir, porque a navegação completa do robô sem bússola é impossível.
Primeiro, o dispositivo geralmente chamado de bússola é, na verdade, um magnetômetro. Um magnetômetro é um dispositivo que mede a força de um campo magnético. Todos os magnetômetros eletrônicos modernos são fabricados usando a tecnologia MEMS e permitem que as medições sejam feitas simultaneamente ao longo de três eixos perpendiculares. Portanto, o fluxo de números que o dispositivo fornece é, na verdade, a projeção do campo magnético em três eixos no sistema de coordenadas do magnetômetro. Outros dispositivos usados ​​para posicionamento e navegação têm o mesmo formato de dados: acelerômetro e giroscópio (também conhecido como giroscópio). A figura mostra um caso simples em que a bússola é horizontal à superfície da Terra no equador. A seta vermelha marca a direção para o pólo norte. A linha pontilhada marca as projeções desta seta nos eixos correspondentes. Parece que é isso! A perna é igual à perna pela tangente do ângulo oposto. Para obter o ângulo de direção, você terá que calcular o arco tangente da razão das pernas: H = atan(X/Y) Se fizermos esses cálculos simples, na verdade obteremos algum resultado. A única pena é que ainda não obteremos a resposta certa, porque não levamos em consideração vários fatores:

1. Deslocamento e distorção do vetor campo magnético da Terra devido a influências externas.
2. Efeito do pitch and roll nas leituras da bússola.
3. A diferença entre os pólos geográficos e magnéticos é a declinação magnética.

Neste artigo, estudaremos esses problemas e descobriremos como resolvê-los. Mas primeiro, vamos ver as leituras do magnetômetro com nossos próprios olhos. Para fazer isso, precisamos visualizá-los de alguma forma.

1. Visualização das leituras do magnetômetro

Como você sabe, uma imagem vale mais que mil palavras. Portanto, para maior clareza, usaremos um editor 3D para visualizar as leituras do magnetômetro. Para esses fins, você pode usar o SketchUp com o plug-in "nuvem" (http://rhin.crai.archi.fr/rld/plugin_details.php?id=678) Este plug-in permite carregar matrizes de pontos de um arquivo de exibição no SketchUp: 212 -321 -515 211 -320 -515 209 -318 -514 213 -319 -516 O delimitador pode ser tabulação, espaço, ponto e vírgula, etc. Tudo isso é especificado nas configurações do plugin. No mesmo local, você pode pedir para colar todos os pontos com triângulos, o que no nosso caso não é necessário. A maneira mais fácil de salvar as leituras do magnetômetro é transferi-las por meio de uma porta COM para um computador pessoal para um monitor de porta serial e, em seguida, salvá-las em um arquivo de texto. A segunda maneira é conectar um cartão SD ao Arduino e gravar os dados do magnetômetro em um arquivo no cartão SD. Depois de registrar os dados e importá-los para o SketchUp, vamos agora tentar realizar um experimento. Giraremos o magnetômetro em torno do eixo Z e o programa de controle neste momento registrará as leituras do sensor a cada 100 ms. Será contabilizado um total de 500 pontos. O resultado desta experiência é mostrado abaixo:
O que você pode dizer olhando para esta foto? Primeiro, você pode ver que o eixo Z foi realmente corrigido - todos os pontos estão localizados, mais ou menos, no plano XY. Em segundo lugar, o plano XY está ligeiramente inclinado, o que pode ser causado pela inclinação da minha mesa ou pela inclinação do campo magnético da Terra :) Agora vamos ver a mesma imagem de cima:
A primeira coisa que chama a atenção é que o centro das coordenadas não está no centro do círculo delineado! Muito provavelmente, o campo magnético medido é de alguma forma "deslocado" para o lado. Além disso, esse "algo" tem uma tensão maior que a do campo natural da Terra. A segunda observação é que o círculo é ligeiramente alongado em altura, o que indica problemas mais sérios, que discutiremos a seguir. E o que acontece se você girar a bússola em todos os eixos ao mesmo tempo? Isso mesmo, você não obtém um círculo, mas uma esfera (mais precisamente, um esferóide). Esta é a área que eu tenho:
Além dos 500 pontos principais da esfera, são adicionadas mais três matrizes, de 500 pontos cada. Cada um dos grupos de pontos adicionados é responsável pela rotação do magnetômetro em torno de um eixo fixo. Assim, o círculo inferior é obtido girando o dispositivo em torno do eixo Z. O círculo da direita é obtido girando em torno do eixo Y. Finalmente, o denso anel de pontos à esquerda é responsável pela rotação do magnetômetro em torno do Eixo X. Por que esses círculos não circundam a bola ao longo do equador, lemos abaixo.

2. Inclinação magnética

Na verdade, o último desenho pode parecer um pouco estranho. Por que, estando em estado horizontal, o sensor mostra quase o valor máximo no eixo Z?? A situação se repete se inclinarmos o dispositivo, por exemplo, com o eixo X para baixo - novamente obtemos o valor máximo (círculo esquerdo). Acontece que o sensor é constantemente afetado por um campo direcionado através do sensor para a superfície da terra! Não há realmente nada de incomum nisso. Esta característica do campo magnético da Terra é chamada inclinação magnética. No equador, o campo é direcionado paralelamente à Terra. No hemisfério sul - acima da terra em algum ângulo. E no hemisfério norte, como já observamos - para baixo. Nós olhamos para a foto.
A inclinação magnética não nos impedirá de usar a bússola de forma alguma, então não vamos pensar muito nisso, mas apenas observe este fato interessante. Agora vamos aos problemas.

2.1. Distorção do campo magnético: ferro duro e macio

Na literatura estrangeira, as distorções do campo magnético são geralmente divididas em dois grupos: Hard Iron e Soft Iron. Abaixo está uma imagem que ilustra a essência dessas distorções.
ferro duro Eu te dou um certificado. A intensidade do campo magnético da Terra é altamente dependente das coordenadas da Terra em que é medida. Por exemplo, na Cidade do Cabo (África do Sul), o campo é de cerca de 0,256 Gauss (Gauss) e em Nova York é o dobro - 0,52 Gauss. No planeta como um todo, a intensidade do campo magnético varia na faixa de 0,25 gauss a 0,65 gauss. Para efeito de comparação, o campo de um imã de geladeira comum é de 50 gauss, cem vezes maior que o campo magnético de Nova York!! É claro que um magnetômetro sensível pode facilmente se confundir se um desses ímãs aparecer próximo a ele. Em um quadrocopter, é claro, não existem tais ímãs, mas existem ímãs de terras raras muito mais poderosos para motores sem escovas, bem como circuitos eletrônicos controladores, fios de energia e uma bateria. Essas fontes de campo magnético parasita são chamadas de Hard Iron. Atuando no magnetômetro, eles dão algum viés aos valores medidos. Vamos ver se Hard Iron tem distorções em nossa esfera. A projeção dos pontos da esfera no plano XY fica assim:
Pode-se ver que a nuvem de pontos tem algum deslocamento perceptível ao longo do eixo Y para a esquerda. Praticamente não há deslocamento ao longo do eixo Z. Eliminar tal distorção é muito simples: basta aumentar ou diminuir os valores recebidos do aparelho pelo valor do offset. Por exemplo, uma calibração Hard Iron para o eixo Y seria: Ycal_hard = Y - Ybias Onde Ycal_hard— valor calibrado; Y- valor inicial; Ybiasé a quantidade de deslocamento. Para calcular Ybias, precisamos fixar o valor máximo e mínimo de Y e, em seguida, usar uma expressão simples: Ybias = (Ymin-Ymax)/2 - Ymin Onde Ybias- o valor desejado do deslocamento; Ymin- o valor mínimo do eixo Y; Ymax- o valor máximo do eixo Y. Ferro macio Ao contrário do Hard Iron, a distorção Soft é muito mais insidiosa. Novamente, vamos traçar esse tipo de impacto nos dados coletados anteriormente. Para fazer isso, vamos prestar atenção ao fato de que a bola da foto acima não é uma bola. Sua projeção no eixo YZ é levemente achatada na parte superior e levemente girada no sentido anti-horário. Essas distorções são causadas pela presença de materiais ferromagnéticos próximos ao sensor. Esse material é a estrutura de metal do quadricóptero, a carcaça do motor, a fiação ou até mesmo os parafusos de montagem de metal. Para corrigir a situação com achatamento, multiplicar as leituras do sensor por um determinado multiplicador ajudará: Ycal_soft = Y * Yscale Onde Ycal_hard— valor calibrado; Y- valor inicial; Yscale- fator de escala. Para encontrar todos os coeficientes (para X, Y e Z) é necessário identificar o eixo com a maior diferença entre o valor máximo e mínimo, e então usar a fórmula: Yscale = (Amax-Amin)/(Ymax-Ymin) Onde Yscaleé o fator de distorção desejado ao longo do eixo Y; Amaxé o valor máximo em algum eixo; Aminé o valor mínimo em algum eixo; Ymax- o valor máximo no eixo Y; Ymin- o valor mínimo no eixo Y. Outro problema, devido ao qual a esfera acabou girando, é eliminado um pouco mais difícil. No entanto, a contribuição de tal distorção para o erro total de medição é bastante pequena e não descreveremos em detalhes o método de seu nivelamento “manual”.

2.2. calibração automática

Deve-se dizer que obter manualmente leituras mínimas e máximas precisas do magnetômetro não é uma tarefa fácil. Para este procedimento, pelo menos, você precisará de um suporte especial no qual poderá fixar um dos eixos do dispositivo. É muito mais fácil usar o algoritmo de calibração automática. A essência deste método é aproximar a nuvem de pontos obtidos por um elipsóide. Em outras palavras, selecionamos os parâmetros do elipsóide de forma que correspondam o mais próximo possível à nossa nuvem de pontos, construída com base nas leituras do magnetômetro. Dos parâmetros assim selecionados podemos extrair o valor do offset, fatores de escala e coeficientes para a ortogonalização dos eixos. Existem vários programas na Internet que podem fazer isso. Por exemplo, MagCal ou outro - Magneto. Ao contrário do MagCal, no Magneto os parâmetros calculados são exibidos de forma pronta para uso, sem a necessidade de conversões adicionais. Este é o programa que usamos. A forma principal e única do programa é assim:
No campo "Medições magnéticas brutas", selecione o arquivo com os dados de origem. No campo "Norma do campo magnético ou gravitacional", insira o valor do campo magnético da Terra no ponto de nosso deslocamento. Considerando que este parâmetro não afeta em nada o ângulo de deflexão da agulha de nossa bússola virtual, defino o valor para 1090, que corresponde ao valor de 1 Gauss. Em seguida, pressionamos o botão Calibrar e obtemos:

1. valores de deslocamento para todos os três eixos: Viés combinado (b);
2. e a matriz de escala e ortogonalização: Correção para fatores de escala combinados, desalinhamentos e ferro macio (A-1).

Com a ajuda de uma matriz mágica, eliminaremos o achatamento de nossa nuvem e eliminaremos sua ligeira rotação. A fórmula geral de calibração é a seguinte: Vcal \u003d A-1 * (V - Vbias) Onde Vocalé o vetor do valor calibrado do magnetômetro para três eixos; A-1é a matriz de escala e ortogonalização; Vbiasé o vetor deslocamento ao longo dos três eixos.

3. Influência da inclinação do magnetômetro na direção calculada

O próximo é o problema número dois. No início do artigo, já tentamos calcular o ângulo entre o norte e a agulha da bússola. Uma fórmula simples funciona para isso: H = atan(Y/X) Onde H- o ângulo de desvio da agulha da bússola na direção norte; X,Y são os valores calibrados do magnetômetro. Imagine agora que fixamos o eixo X estritamente na direção do norte e começamos a girar o sensor em torno desse eixo (rolamos). Acontece que a projeção do campo no eixo X permanece inalterada, mas a projeção no Y muda. De acordo com a fórmula, a agulha da bússola apontará para noroeste ou nordeste, dependendo da direção em que rolarmos. Este é, afirmado no início do artigo, o segundo problema da bússola eletrônica. A geometria ajudará a resolver o problema. Precisamos apenas girar o vetor magnético para o sistema de coordenadas dado pelo inclinômetro. Para fazer isso, multiplicamos alternadamente duas matrizes de cossenos por um vetor: Vcal2 = Ry*Rx*Vcal Onde Vocal- vetor magnético, limpo de distorções Hard e Soft; Rx e Ry- matrizes de rotação em torno dos eixos X e Y; Vcal2- vetor magnético, livre da influência de roll e pitch. A fórmula adequada para o programa do controlador será semelhante a esta: Xcal2 = Xcal*cos(passo) + Ycal*sin(rolo)*sin(passo) + Zcal*cos(rolo)*sin(passo) Ycal2 = Ycal*cos(roll) - Zcal*sin(roll) H = atan2(-Ycal2, Xcal2) Onde lista e tom- inclinações em torno dos eixos X e Y; Xcal, Ycal, Zcalé o vetor magnetômetro (Vcal); Ycal2, Ycal2- valores calibrados do magnetômetro (não consideramos Zcal2 - não será útil para nós); Hé o ângulo entre o norte e a agulha da bússola. (Você pode descobrir quem é atan2 aqui: http://en.wikipedia.org/wiki/Atan2)

3. Diferença entre pólo geográfico e magnético

Depois de obtermos um ângulo mais ou menos preciso da agulha da bússola na direção norte, é hora de resolver outro problema. O fato é que os polos magnéticos e geográficos do nosso planeta são muito diferentes, dependendo de onde fazemos a medição. Em outras palavras, o “norte” para o qual sua bússola de caminhada aponta não é de forma alguma o norte onde estão o gelo e os ursos polares. Para nivelar essas diferenças, um determinado ângulo, chamado de declinação magnética, deve ser adicionado (ou subtraído) às leituras do sensor. Por exemplo, em Yekaterinburg, a declinação magnética é de +14 graus, o que significa que as leituras medidas do magnetômetro devem ser reduzidas nos mesmos 14 graus. Para saber a declinação magnética em suas coordenadas, você pode usar um recurso especial: http://magnetic-declination.com/

Conclusão

Em conclusão, algumas dicas para navegar com um magnetômetro.

1. A calibração deve ser realizada exatamente nas condições em que o drone fará um voo real.
2. É melhor retirar o magnetômetro do corpo do robô na haste. Por isso, será afetado por menos ruído.
3. Para calcular a direção, é melhor usar um monte de bússola + giroscópio. Ao mesmo tempo, suas leituras são misturadas de acordo com uma determinada regra (fusão de dados).
4. Se estamos falando de uma aeronave com alta velocidade de proa, é recomendável usar uma combinação de bússola + giroscópio + GPS.