Când ieși din oraș, lucrul obișnuit ca un smartphone nu mai ajută. Ai nevoie de un dispozitiv de încredere care să te ajute să navighezi în spațiu (și uneori în timp), precum și să obții alte informații importante. Mai mult, dispozitivul ar trebui să fie cât mai ușor, compact și, de altfel, multifuncțional. Această busolă digitală este doar asta. Cu el (și cu bateriile încărcate în stoc) nu te vei pierde, vei determina cu exactitate punctul în care te afli, ceea ce înseamnă că vei înțelege unde să mergi mai departe.

Aparatul cântărește mult mai puțin de 100 de grame, se potrivește confortabil și ușor în mână, are mai mulți senzori încorporați, un afișaj LCD și posibilitatea de a salva istoricul ultimelor date înregistrate (până la 8 poziții). Un șnur convenabil pentru agățat în jurul gâtului și un element LED pentru iluminarea în întuneric completează caracteristicile de bază la un nivel confortabil.

Caracteristici încorporate:

1. ceas;
2. calendar;
3. termometru;
4. barometru;
5. altimetru;
6. busolă;
7. senzor de vreme.

Și toate împreună fac posibil nu numai să determinați coordonatele locației dvs., ci și să stabiliți cursul potrivit către destinație.

Ceas și calendar

Cu aceste contoare, de înțeles chiar și pentru copii, totul este simplu. Odată setați data și ora corecte și urmăriți momentul curent. Puteți selecta formate de afișare a orei de 12 sau 24 de ore. Apăsarea butonului SET vă permite să treceți de la o dată la alta. Iar o apăsare lungă a butonului SET vă permite să intrați în modul setări, în care puteți seta data/ora, precum și să selectați unitățile obișnuite de măsură.

Termometru

Temperatura poate fi afișată fie în Celsius, fie în Fahrenheit. Există, de asemenea, mai multe opțiuni pentru a determina starea vremii pentru viitorul apropiat: senin, în mare parte noros, înnorat și precipitații. Informațiile sunt actualizate la fiecare 30 de secunde.

Barometru

Valoarea presiunii atmosferice, precum și ora cu data și temperatura curentă, sunt afișate pe afișaj în modul standard. Informațiile sunt actualizate la fiecare 30 de secunde. Dacă sunt necesare date exacte, butoanele SET și ALTI trebuie apăsate și menținute. Presiunea atmosferică poate fi afișată atât în ​​milimetri de mercur, cât și în hecto-pascali.

Altimetru

Apăsarea butonului ALTI trece la modul de măsurare a înălțimii absolute (ABS). Datele sunt actualizate la fiecare 5 secunde. Menținerea apăsată a butonului ALTI vă pune în modul înălțime relativă (REL), care resetează citirea la 0. Altitudinea poate fi măsurată fie în metri, fie în picioare.

Busolă

Apăsarea butonului COMP vă permite să comutați la modul busolă. Ținând apăsat același buton, trece în modul său de testare. Cum se face acest lucru este descris în detaliu în instrucțiunile însoțitoare. Țineți busola departe de câmpurile magnetice când măsurați direcția. Distorsiunea poate apărea din cauza altor magneți din apropiere, precum și din cauza obiectelor din fier și oțel.

În general, cu un astfel de asistent electronic manual, nu te vei pierde. Încă o dată, vă reamintim despre furnizarea de baterii. Aici se folosesc „degetele mici”.

Cadou pentru un călător

Un astfel de lucru util, desigur, va fi apreciat de cei cărora le place să meargă mult timp în camping, mai ales în zonele muntoase. Și poate încăpea și un pedometru și un instrument multiplu 4 în 1. Instrumentul multifuncțional are o lanternă puternică, o lampă de noapte, un ventilator și un dispozitiv muzical (reda fișiere MP3 și radio). În timpul parcării și pe întuneric ajută foarte mult.

Caracteristici

• 7 în 1: ceas, calendar, termometru, senzor de vreme, busolă, altimetru, barometru;
• instrucțiunile sunt atașate;
• Ecran LCD;
• iluminare de fundal cu semnal LED timp de 5 secunde;
• salvarea și vizualizarea istoricului valorilor anterioare;
• dimensiuni: 6,5 x 2,5 x 10 cm;
• greutate: 85 g;
• perioada de actualizare a datelor: 30 secunde;
• interval de temperatură: -10°C până la 50°C (14-122°F);
• interval de altitudine: -305 m până la 9.144 m (-1.000 până la 30.000 ft);
• intervalul de presiune atmosferică: de la 225 mm Hg la 788 mm Hg (301-1051 hPa);
• Functioneaza cu 2 baterii AAA (nu sunt incluse)
• există o dantelă;
• marca: LeFutur;
• ambalaj: cutie de marca;
• dimensiuni cutie: 7 x 11 x 3 cm.

Până de curând în geodezie Busolele și busolele au fost utilizate în principal, unde elementul sensibil este un ac magnetizat care se rotește pe o tijă și folosit în diverse modificări ale acestor dispozitive timp de câteva milenii. La orientare, acul ia o astfel de poziție încât planul său devine paralel cu liniile câmpului magnetic care trec în acest loc. Dacă acul are două grade de libertate, adică se poate roti în planul orizontal și vertical, atunci direcția în care punctele acului vor arăta atât declinația, cât și panta câmpului geomagnetic local. În multe dispozitive, pentru ca acul să arate cu exactitate direcția către polul magnetic nord, acesta este de obicei echilibrat special pentru caracteristicile câmpului magnetic al regiunii în care va fi operat busola.

Uneori se folosesc busole cu echilibrare globală, care pot fi folosite în toată lumea. Pentru a amortiza vibrațiile acului în timpul mișcării, busola este umplută cu lichid (un amestec de apă cu alcool sau ulei purificat). Citirile unor astfel de instrumente sunt împovărate cu erori din cauza influențelor externe, cum ar fi vibrațiile, înclinarea, accelerația și câmpurile magnetice externe. Busolele și busolele tradiționale sunt greu de adaptat la citirea digitală și, prin urmare, dificil de utilizat în combinație cu cele mai recente instrumente geodezice.

În modern busole electronice folosit ca element sensibil magnetometre, care sunt, ca și busola, instrumente analogice și măsoară intensitatea uneia sau mai multor componente ale câmpului magnetic al Pământului în punctul în care se află. Semnalele de la ieșirea magnetometrului sunt convertite în formă digitală și pot fi utilizate pentru procesare ulterioară de către microprocesor. În instrumentele moderne se folosesc în principal magnetometre, care folosesc senzori magnetorezistivi și magnetoinductivi, senzori bazați pe efectul Hall, precum și senzori realizati cu tehnologia „fluxgate”. Pentru orientare, se folosește de obicei o busolă electronică, care are două magnetometre montate într-un plan orizontal în unghi drept unul față de celălalt pentru a măsura una dintre componentele B x sau B y ale câmpului magnetic, respectiv, de-a lungul axei x. sau de-a lungul axei y. Unghiul dintre axa x și meridianul magnetic va fi:

ψ = arctg(B y / Bx). (7,1)

Magnetometrele moderne sunt mici și încorporate în circuite integrate.

niste instrumente geodezice Sunt incorporați senzori magnetorezistivi anizotropi (AMP), care sunt rezistențe speciale realizate dintr-o peliculă subțire de permalloy, al cărui vector de magnetizare, atunci când intră într-un câmp magnetic extern, începe să se rotească sau să schimbe unghiul, modificând rezistența filmului. În măsurători, un astfel de film este plasat într-o punte Whitson și se evaluează modificarea de tensiune cauzată de modificarea rezistenței filmului, în funcție de care se estimează puterea câmpului magnetic. Senzorii magnetorezistivi oferă o precizie mai mare de un grad și pot avea una, două sau trei axe și sunt încorporați în busole electronice.

Trebuie remarcat faptul că multe receptoare de satelit au busole electronice similare încorporate. Receptoarele de satelit folosesc de obicei o busolă cu două axe și, în unele cazuri, senzori de direcție cu trei axe, care vă permit să obțineți direcții destul de precise chiar și în cazul unei înclinări ușoare. În cazul în care receptorul de satelit se mișcă cu o viteză de peste 10 km/h, acesta poate determina direcția mișcării sale din observațiile prin satelit cu o eroare mai mică de un grad. La viteze mai mici, un receptor GPS complet cu o antenă nu este capabil să determine direcția de mișcare. Prin urmare, receptorul este reglat astfel încât atunci când atinge o anumită viteză (de exemplu, 5 sau 10 km pe oră), să treacă de la funcția de direcție busolă la funcția de direcție obținută din observațiile prin satelit făcute de receptorul GPS însuși și când viteza scade receptorul a revenit în direcția busolei.

Pentru ca receptorul de satelit să poată calcula atât azimuturile de mișcare geografice (adevărate), cât și magnetice, în receptor este încorporat un software care conține parametrii modelului câmpului geomagnetic principal al Pământului. Receptorul actualizează continuu informațiile despre direcția obiectului pe măsură ce utilizatorul navighează pe o cale arbitrară către obiect.

Senzorii de direcție inductivi magnetici au apărut relativ recent - primul brevet pentru aceștia a fost eliberat în 1989. Principiul funcționării sale se bazează pe faptul că generatorul de oscilații folosește o bobină, a cărei inductanță se modifică sub influența modificărilor câmpului magnetic din jur. O modificare a inductanței bobinei determină o modificare a frecvenței generatorului. Astfel, acest tip de magnetometru măsoară câmpul magnetic prin efectul său asupra inductanței unei bobine de sârmă sau solenoid.

Pentru a determina direcția către polul magnetic nordic (în planul orizontal), doi astfel de senzori, instalați perpendicular unul pe celălalt, sunt fixați pe un cardan, astfel încât să fie amplasați într-un plan orizontal, iar un inclinometru este, de asemenea, utilizat într-un trei. -axa unu. Multe busole auto moderne se bazează pe senzori inductivi magnetici.

Când urmează să vânezi într-o zonă necunoscută unde nu există repere vizibile, trebuie neapărat să iei cu tine o busolă cu o hartă a zonei. O astfel de precauție este necesară în stepă și tundră, la munte. Nu te poți descurca fără busolă într-o noapte întunecată, într-o zi cu ceață și într-un viscol.

Ce sunt

O busolă este un dispozitiv cu care poți naviga pe un teren necunoscut.

Compasele sunt:

• magnetic;
• lichid;
• electronic.

lichid

Cea mai precisă dintre toate cele magnetice este considerată o busolă lichidă. Într-o versiune simplă tipică, arată ca un „căldare” umplut cu apă, în care un card de aluminiu sau bronz este fixat pe o axă verticală. Există magneți atașați de fiecare parte a cardului.

În astfel de dispozitive, lichidul stabilizează indicatorul, într-o poziție stabilă, indicatorul ajută la determinarea cu precizie a citirii.

Comprimat

Un astfel de dispozitiv este prezentat sub forma unei tablete, în el este instalat un bec rotund cu o săgeată magnetizată. Echipat cu o lupă pentru tabletă, pentru o vizualizare ușoară a cântarului. Un lichid special din capsulă asigură stabilitatea săgeții în timpul mișcării rapide.

Modele de bază

Conceput pentru drumeții începători, au toate componentele necesare, dar nu au oglindă și reglaj de abatere.

Multifuncțional

Sunt echipate cu oglindă, lupă și alte dotări suplimentare. Potrivit pentru drumeții obișnuite în interior, departe de trasee.

Magnetic

Există mai multe tipuri de dispozitive cu care puteți determina punctele cardinale.

Mecanic

Se întâmplă să fie un turist obișnuit. Acest tip de busolă are un ac cu vârful roșu care indică nordul, unde este cel mai puternic câmp magnetic. Cu un simplu dispozitiv magnetic, împreună cu o hartă, puteți determina mai precis locația diferitelor obiecte.

Pentru militari

Diferă de lentila de mărire obișnuită și dispozitivul de ochire. Cu un astfel de dispozitiv, puteți determina cu mai multă precizie direcția căii în câmp.

geologice

În acest instrument, diviziunile scării de direcție sunt în sens invers acelor de ceasornic. Pentru a determina unghiurile de incidență ale straturilor de rocă, acesta este echipat cu un clinometru și un semilimb.

Higroscopic

Busola higroscopică este instalată pe avioane și pe nave fluviale. Este echipat cu un giroscop, datorită unui astfel de dispozitiv, arată polul adevărat, și nu polul magnetic. Acest dispozitiv este stabil, astfel încât în ​​timpul construcției arată direcția mai precis.

Astronomic

Această vedere poate determina punctele cardinale, concentrându-se pe stele și lumini. Dezavantajul dispozitivului este că nu poți lucra cu el în timpul zilei.

Pentru orientare

Ce busolă ar trebui să aleagă sportivii? Ar trebui să poată folosi o busolă magnetică și să înțeleagă o hartă topografică.

Prin urmare, o busolă de orientare trebuie să aibă caracteristici de înaltă performanță, cum ar fi:

• viteza și viteza de instalare a acului magnetic;
• stabilitatea săgeții în timpul mișcării rapide a sportivilor;
• ușurință în utilizare, astfel încât dispozitivul să fie ținut ferm în mână;
• dimensiuni mici și greutate redusă.

Compasele electronice funcționează pe baza unor senzori măriți, fiind incluse în căutarea coordonatelor dorite în sistemul de navigație prin satelit. Sunt destinate doar profesioniștilor, sunt utilizate în principal de personalul militar și reprezentanții agențiilor de aplicare a legii.

În funcție de loc și scop, se folosesc aceste tipuri de navigatoare electronice.

Indică direcția către un obiect care emite unde radio. Este folosit de aviatori pentru orientarea in spatiu in timpul zborurilor.

Se deosebește de cea turistică mecanică prin faptul că nu are ac magnetizat. Busola determină electronic punctele cardinale. Arată ora, diverse programe suplimentare sunt încorporate în el, chiar și videoclipuri.

GPS și GLONASS

Acești navigatori funcționează cu ajutorul unui sistem electronic, primesc semnale pentru determinarea locației și direcției exacte de la mai mulți sateliți.

Receptoarele GPS sunt considerate navigatoare de înaltă calitate, aproape întotdeauna echipate cu o busolă electronică. Dar navigatoarele GPS nu pot funcționa fără o baterie, care poate fi descărcată la momentul potrivit. Prin urmare, în timpul călătoriei nu te poți lipsi de o busolă magnetică sau de un set de baterii de rezervă.

Receptoarele GPS, spre deosebire de busolele magnetice, au următorul avantaj: pot estima locația actuală fără repere vizibile în zilele cu zăpadă și pe vreme de ceață. Cu un dispozitiv GPS, puteți seta cu ușurință direcția dorită atunci când evitați orice obstacol și puteți regla din nou busola de-a lungul liniei de traseu modificate.

Criterii de alegere

Alegerea unei busole depinde de scop: o cumpără pentru vânătoare, pentru drumeții sau orientare. Este recomandat să alegeți un model de busolă în așa fel încât să poată fi folosit în diferite situații: în timpul drumețiilor și competițiilor de orientare.

Care este cea mai bună busolă pentru drumeții și bicicliști?

Atunci când alegeți, trebuie să luați notă de unele dintre nuanțe:

• Modelele clasice de busole cu împărțire a gradelor și cu riglă sunt potrivite pentru drumeții.
• Turiștii folosesc adesea calcule de grade și calcule de azimut, așa că au nevoie de o riglă și un cadran de grade pe busolă într-o drumeție.
• Pentru bicicliști, o opțiune mai acceptabilă este un navigator GPS, deși bateriile se epuizează rapid. Prin urmare, bicicliștii vor trebui să ia cu ei o busolă clasică.
• Pentru călătoriile cu avionul, ar trebui să se acorde preferință navigatoarelor electronice, deoarece acestea sunt multifuncționale, puteți determina atât altitudinea, cât și presiunea din ele.

Prezentare generală a celor mai bune modele

Echipamentul de bună calitate pentru turiști este produs de compania suedeză Silva și compania finlandeză Suunto.

Potrivit pentru utilizare pe orice teren, este un aparat clasic de orientare profesional, dotat cu sistemul Spectra, sageata aparatului este dreapta si lata, convenabil pentru citiri rapide.

Diferă în astfel de caracteristici:

1. Cu un magnet puternic, indicatorul dispozitivului se calmează rapid.
2. Placă de bază transparentă cu marcaje clare
3. Amplasare de securitate în mână.
4. Modelul Silva 6 Nor Spectra Right poate fi tinut si in mana dreapta.

Modelul de încheietură Suunto M-9 este confortabil și multifuncțional.

Turiștii îl aleg pentru dimensiunile reduse și greutatea redusă, precum și pentru precizia determinării direcției. Aparatul de încheietură poate fi folosit și sub apă.

Un instrument bun de fabricație americană este considerat cel mai fiabil, potrivit pentru utilizare în domeniu.

Carcasa din aluminiu, poseda o durabilitate deosebita, rezistenta la apa. Dispozitivul se caracterizează printr-o precizie crescută în determinarea direcției.

Cum să navighezi cu o busolă

Deci, ce trebuie făcut:

1. Mai întâi trebuie să determinați reperul la care doriți să vă întoarceți, de exemplu, poate fi un copac.
2. Orientarea începe cu apăsarea unui zăvor special și eliberarea acului magnetic.
3. Luand aparatul si asezand-l orizontal pe palma, trebuie sa astepti pozitia sagetii albastre la 0 grade de scara, apoi sa intorci capacul pentru a-l instala cu fanta spre tine, iar cu luneta spre obiect.
4. După ce ați ales direcția de mișcare, ar trebui să o fixați și să vă amintiți valoarea unghiului, numită „azimut”.
5. Verificați în mod constant direcția, trebuie să începeți să vă mișcați.
6. După ce ați atins punctul final al mișcării, ar trebui să vă întoarceți în jurul axei. Aceasta înseamnă că s-a făcut o rotație în jurul axei sale cu 180 de grade. Rezultă că au făcut o întoarcere la punctul de plecare al traseului.

Turiștii și călătorii, precum și vânătorii, se pot găsi în orice moment în locuri necunoscute și își pot pierde direcția deplasării ulterioare. În astfel de cazuri, cu o busolă, puteți determina rapid locația.

Dar înainte de a alege o busolă, trebuie să le studiați tipurile, proprietățile, precum și cui și în ce scopuri sunt destinate.

Video

Cum să folosiți o busolă în pădure, veți învăța din videoclipul nostru.

Toți cei care au încercat să pună o busolă electronică robotului lor și-au pus următoarea întrebare: cum, de fapt, să obțină un fel de săgeată virtuală de la acest dispozitiv care să îndrepte spre nord? Dacă conectăm cel mai popular senzor HMC5883L la Arduino, obținem un flux de numere care se comportă într-un mod ciudat atunci când este rotit. Ce să faci cu aceste date? Să încercăm să ne dăm seama, deoarece navigarea cu drepturi depline a robotului fără busolă este imposibilă.
În primul rând, dispozitivul denumit adesea busolă este de fapt un magnetometru. Un magnetometru este un dispozitiv care măsoară intensitatea unui câmp magnetic. Toate magnetometrele electronice moderne sunt fabricate folosind tehnologia MEMS și permit măsurătorile să fie luate simultan de-a lungul a trei axe perpendiculare. Deci, fluxul de numere pe care dispozitivul îl emite este de fapt proiecția câmpului magnetic pe trei axe în sistemul de coordonate al magnetometrului. Alte dispozitive folosite pentru poziționare și navigare au același format de date: accelerometru și giroscop tahometru (aka giroscop). Figura prezintă un caz simplu în care busola este orizontală față de suprafața pământului la ecuator. Săgeata roșie marchează direcția către polul nord. Linia punctată marchează proiecțiile acestei săgeți pe axele corespunzătoare. S-ar părea că asta este! Piciorul este egal cu piciorul prin tangenta unghiului opus. Pentru a obține unghiul de direcție, va trebui să luați arctangenta raportului picioarelor: H = atan(X/Y) Dacă efectuăm aceste calcule simple, vom obține de fapt un rezultat. Singura păcat este că încă nu vom primi răspunsul corect, pentru că nu am ținut cont de o grămadă de factori:

1. Deplasarea și distorsiunea vectorului câmpului magnetic al Pământului din cauza influențelor externe.
2. Efectul înclinării și rostirii asupra citirilor busolei.
3. Diferența dintre polii geografici și magnetici este declinația magnetică.

În acest articol, vom studia aceste probleme și vom afla cum să le rezolvăm. Dar mai întâi, să ne uităm la citirile magnetometrului cu proprii noștri ochi. Pentru a face acest lucru, trebuie să le vizualizăm cumva.

1. Vizualizarea citirilor magnetometrului

După cum știți, o imagine este mai bună decât o mie de cuvinte. Prin urmare, pentru o mai mare claritate, vom folosi un editor 3D pentru a vizualiza citirile magnetometrului. În aceste scopuri, puteți utiliza SketchUp cu pluginul „cloud” (http://rhin.crai.archi.fr/rld/plugin_details.php?id=678) Acest plugin vă permite să încărcați matrice de puncte dintr-un fișier de vizualizare în SketchUp: 212 -321 -515 211 -320 -515 209 -318 -514 213 -319 -516 Delimitatorul poate fi o tabulație, spațiu, punct și virgulă etc. Toate acestea sunt specificate în setările pluginului. În același loc, puteți cere să lipiți toate punctele cu triunghiuri, ceea ce în cazul nostru nu este necesar. Cel mai simplu mod de a salva citirile magnetometrului este să le transferați printr-un port COM pe un computer personal pe un monitor cu port serial și apoi să le salvați într-un fișier text. A doua modalitate este să conectați un card SD la Arduino și să scrieți datele magnetometrului într-un fișier de pe cardul SD. După ce ne-am ocupat de înregistrarea datelor și importul lor în SketchUp, să încercăm acum să realizăm un experiment. Vom roti magnetometrul în jurul axei Z, iar programul de control în acest moment va înregistra citirile senzorului la fiecare 100 ms. Se vor înregistra un total de 500 de puncte. Rezultatul acestui experiment este prezentat mai jos:
Ce poți spune uitându-te la această poză? În primul rând, puteți vedea că axa Z a fost într-adevăr fixă ​​- toate punctele sunt situate, mai mult sau mai puțin, în planul XY. În al doilea rând, planul XY este ușor înclinat, ceea ce poate fi cauzat fie de înclinarea biroului meu, fie de înclinarea câmpului magnetic al Pământului :) Acum să ne uităm la aceeași imagine de sus:
Primul lucru care vă atrage atenția este că centrul de coordonate nu se află deloc în centrul cercului conturat! Cel mai probabil, câmpul magnetic măsurat este cumva „deplasat” în lateral. Mai mult, acest „ceva” are o tensiune mai mare decât cea a câmpului natural al Pământului. A doua observație este că cercul este ușor alungit în înălțime, ceea ce indică probleme mai grave, despre care vom discuta mai jos. Și ce se întâmplă dacă rotiți busola în jurul tuturor axelor în același timp? Așa este, nu obțineți un cerc, ci o sferă (mai precis, un sferoid). Aceasta este zona pe care am primit-o:
Pe lângă principalele 500 de puncte ale sferei, se adaugă încă trei matrice, câte 500 de puncte fiecare. Fiecare dintre grupurile de puncte adăugate este responsabil pentru rotația magnetometrului în jurul unei axe fixe. Deci, cercul inferior se obține prin rotirea dispozitivului în jurul axei Z. Cercul din dreapta se obține prin rotirea în jurul axei Y. În cele din urmă, inelul dens de puncte din stânga este responsabil pentru rotirea magnetometrului în jurul axei Y. Axa X. De ce aceste cercuri nu înconjoară mingea de-a lungul ecuatorului, citim mai jos.

2. Înclinare magnetică

De fapt, ultimul desen poate părea puțin ciudat. De ce, fiind in stare orizontala, senzorul arata aproape valoarea maxima pe axa Z?? Situația se repetă dacă înclinăm dispozitivul, de exemplu, cu axa X în jos - din nou obținem valoarea maximă (cercul din stânga). Se pare că senzorul este afectat în mod constant de un câmp direcționat prin senzor până la suprafața pământului! Nu este cu adevărat nimic neobișnuit în asta. Această caracteristică a câmpului magnetic al pământului se numește înclinare magnetică. La ecuator, câmpul este îndreptat paralel cu pământul. În emisfera sudică - sus de la pământ la un anumit unghi. Și în emisfera nordică, așa cum am observat deja - în jos. Ne uităm la poză.
Înclinația magnetică nu ne va împiedica să folosim busola în niciun fel, așa că nu ne vom gândi prea mult la asta, ci doar luăm notă de acest fapt interesant. Acum să trecem la probleme.

2.1. Distorsiunea câmpului magnetic: fier dur și moale

În literatura străină, distorsiunile câmpului magnetic sunt de obicei împărțite în două grupe: fier dur și fier moale. Mai jos este o imagine care ilustrează esența acestor distorsiuni.
fier durÎți dau un certificat. Intensitatea câmpului magnetic al pământului depinde în mare măsură de coordonatele pământului în care este măsurat. De exemplu, în Cape Town (Africa de Sud) câmpul este de aproximativ 0,256 Gauss (Gauss), iar în New York este de două ori mai mare decât - 0,52 Gauss. Pe planetă în ansamblu, intensitatea câmpului magnetic variază în intervalul de la 0,25 gauss la 0,65 gauss. Pentru comparație, câmpul unui magnet obișnuit de frigider este de 50 gauss, ceea ce este de o sută de ori mai mult decât câmpul magnetic din New York!! Este clar că un magnetometru sensibil poate fi ușor confundat dacă unul dintre acești magneți apare lângă el. Pe un quadrocopter, desigur, nu există astfel de magneți, dar există magneți cu pământuri rare mult mai puternici pentru motoarele fără perii, precum și circuite electronice ale controlerului, fire de alimentare și o baterie. Asemenea surse de câmp magnetic parazit se numesc Hard Iron. Acționând asupra magnetometrului, ele dau o anumită părtinire valorilor măsurate. Să vedem dacă Hard Iron are distorsiuni în sfera noastră. Proiecția punctelor sferei pe planul XY arată astfel:
Se poate observa că norul de puncte are o schimbare vizibilă de-a lungul axei Y la stânga. Practic nu există nicio deplasare de-a lungul axei Z. Eliminarea unei astfel de distorsiuni este foarte simplă: este suficient să creșteți sau să micșorați valorile primite de la dispozitiv cu valoarea offset-ului. De exemplu, o calibrare Hard Iron pentru axa Y ar fi: Ycal_hard = Y - Ybias Unde Ycal_hard— valoarea calibrată; Y- valoarea initiala; Ybias este valoarea deplasării. Pentru a calcula Ybias, trebuie să fixăm valoarea maximă și minimă a lui Y și apoi să folosim o expresie simplă: Ybias = (Ymin-Ymax)/2 - Ymin Unde Ybias- valoarea dorită a deplasării; Ymin- valoarea minima a axei Y; Ymax- valoarea maximă a axei Y. fier moale Spre deosebire de Hard Iron, distorsiunea Soft este mult mai insidioasă. Din nou, să urmărim acest tip de impact asupra datelor colectate mai devreme. Pentru a face acest lucru, să fim atenți la faptul că mingea din imaginea de mai sus nu este deloc o minge. Proiecția sa pe axa YZ este ușor aplatizată în partea de sus și ușor rotită în sens invers acelor de ceasornic. Aceste distorsiuni sunt cauzate de prezența materialelor feromagnetice în apropierea senzorului. Un astfel de material este cadrul metalic al quadcopterului, carcasa motorului, cablajul sau chiar șuruburi metalice de montare. Pentru a corecta situația cu aplatizare, înmulțirea citirilor senzorului cu un anumit multiplicator va ajuta: Ycal_soft = Y * Yscale Unde Ycal_hard— valoarea calibrată; Y- valoarea initiala; Yscale- factorul de scalare. Pentru a găsi toți coeficienții (pentru X, Y și Z) este necesar să se identifice axa cu cea mai mare diferență între valoarea maximă și cea minimă, apoi se folosește formula: Yscale = (Amax-Amin)/(Ymax-Ymin) Unde Yscale este factorul de distorsiune dorit de-a lungul axei Y; Amax este valoarea maximă pe o axă; Amin este valoarea minimă pe o anumită axă; Ymax- valoarea maximă pe axa Y; Ymin- valoarea minimă pe axa Y. O altă problemă, din cauza căreia sfera s-a dovedit a fi rotită, este eliminată puțin mai dificil. Cu toate acestea, contribuția unei astfel de distorsiuni la eroarea totală de măsurare este destul de mică și nu vom descrie în detaliu metoda nivelării sale „manuale”.

2.2. Calibrare automată

Trebuie spus că obținerea manuală a citirilor minime și maxime precise ale magnetometrului nu este o sarcină ușoară. Pentru această procedură, cel puțin, veți avea nevoie de un suport special în care puteți fixa una dintre axele dispozitivului. Este mult mai ușor să utilizați algoritmul de calibrare automată. Esența acestei metode este de a aproxima norul de puncte obținute printr-un elipsoid. Cu alte cuvinte, selectăm parametrii elipsoidului în așa fel încât să se potrivească cât mai bine cu norul nostru de puncte construit pe baza citirilor magnetometrului. Din parametrii astfel selectați putem extrage valoarea offset-ului, factorii de scară și coeficienții pentru ortogonalizarea axelor. Există mai multe programe pe Internet care pot face acest lucru. De exemplu, MagCal sau altul - Magneto. Spre deosebire de MagCal, în Magneto parametrii calculați sunt afișați într-o formă gata de utilizare, fără a fi nevoie de conversii suplimentare. Acesta este programul pe care îl folosim. Principala și singura formă a programului arată astfel:
În câmpul „Măsurări magnetice brute”, selectați fișierul cu datele sursă. În câmpul „Norma câmpului magnetic sau gravitațional”, introduceți magnitudinea câmpului magnetic al Pământului în punctul nostru de dislocare. Având în vedere că acest parametru nu afectează în niciun fel unghiul de deviere al acului busolei noastre virtuale, am setat valoarea la 1090, ceea ce corespunde unei valori de 1 Gauss. Apoi apăsăm butonul Calibrate și obținem:

1. valori de decalaj pentru toate cele trei axe: bias combinat (b);
2. și matricea de scară și ortogonalizare: corecție pentru factorii de scară combinați, dezechilibre și fier moale (A-1).

Cu ajutorul matricei magice, vom elimina aplatizarea norului nostru și vom elimina ușoară rotație a acestuia. Formula generală de calibrare este următoarea: Vcal \u003d A-1 * (V - Vbias) Unde Vcal este vectorul valorii calibrate a magnetometrului pentru trei axe; A-1 este scara și matricea de ortogonalizare; Vbias este vectorul deplasării de-a lungul celor trei axe.

3. Influența înclinării magnetometrului asupra direcției calculate

Urmează problema numărul doi. La începutul articolului, am încercat deja să calculăm unghiul dintre nord și acul busolei. O formulă simplă funcționează pentru asta: H = atan(Y/X) Unde H- unghiul de abatere al acului busolei față de direcția nord; X Y sunt valorile calibrate ale magnetometrului. Imaginați-vă acum că fixăm axa X strict în direcția nordului și începem să rotim senzorul în jurul acestei axe (rulare). Se dovedește că proiecția câmpului pe axa X rămâne neschimbată, dar proiecția pe Y se modifică. Conform formulei, acul busolei va îndrepta fie spre nord-vest, fie spre nord-est, în funcție de direcția în care vom rula. Aceasta este, afirmat la începutul articolului, a doua problemă a busolei electronice. Geometria va ajuta la rezolvarea problemei. Trebuie doar să rotim vectorul magnetic la sistemul de coordonate dat de inclinometru. Pentru a face acest lucru, înmulțim alternativ două matrice de cosinus cu un vector: Vcal2 = Ry*Rx*Vcal Unde Vcal- vector magnetic, curatat de distorsiuni Hard si Soft; Rxși Ry- matrici de rotatie in jurul axelor X si Y; Vcal2- vector magnetic, curățat de influența ruliului și tangajului. Formula potrivită pentru programul de control va arăta astfel: Xcal2 = Xcal*cos(pitch) + Ycal*sin(roll)*sin(pitch) + Zcal*cos(pitch)*sin(pitch) Ycal2 = Ycal*cos(rulare) - Zcal*sin(rulare) H = atan2(-Ycal2, Xcal2) Unde rostogolireși pas- înclinări în jurul axelor X și Y; Xcal, Ycal, Zcal este vectorul magnetometrului (Vcal); Ycal2, Ycal2- valorile calibrate ale magnetometrului (nu luăm în considerare Zcal2 - nu ne va fi de folos); H este unghiul dintre nord și acul busolei. (Puteți afla cine este atan2 aici: http://en.wikipedia.org/wiki/Atan2)

3. Diferența dintre polul geografic și cel magnetic

După ce am obținut un unghi de abatere mai mult sau mai puțin precis al acului busolei din direcția nord, este timpul să remediem o altă problemă. Cert este că polii magnetici și cei geografici de pe planeta noastră sunt foarte diferiți, în funcție de locul în care facem măsurarea. Cu alte cuvinte, „nordul” către care indică busola ta de drumeție nu este deloc nordul în care se află gheața și urșii polari. Pentru a nivela aceste diferențe, la citirile senzorului trebuie adăugat (sau scăzut) un anumit unghi, numit declinație magnetică. De exemplu, în Ekaterinburg, declinația magnetică este de +14 grade, ceea ce înseamnă că citirile măsurate ale magnetometrului ar trebui reduse cu aceleași 14 grade. Pentru a afla declinația magnetică în coordonatele tale, poți folosi o resursă specială: http://magnetic-declination.com/

Concluzie

În concluzie, câteva sfaturi pentru navigarea cu un magnetometru.

1. Calibrarea trebuie efectuată exact în condițiile în care drona va efectua un zbor real.
2. Este mai bine să scoateți magnetometrul din corpul robotului de pe tijă. Deci va fi afectat de mai puțin zgomot.
3. Pentru a calcula direcția, este mai bine să folosiți o grămadă de busolă + giroscop. În același timp, citirile lor sunt amestecate după o anumită regulă (fuziunea datelor).
4. Dacă vorbim de o aeronavă cu viteză mare de îndreptare, se recomandă utilizarea unei combinații de busolă + giroscop + GPS.