Keď vypadnete z mesta, obyčajná vec ako smartfón už nepomôže. Potrebujete spoľahlivé zariadenie, ktoré vám pomôže orientovať sa v priestore (a niekedy aj v čase), ako aj získať ďalšie dôležité informácie. Okrem toho by zariadenie malo byť čo najľahšie, kompaktné a v tomto prípade multifunkčné. Tento digitálny kompas je presne taký. S ním (a s nabitými batériami na sklade) sa nestratíte, presne určíte bod, kde sa nachádzate, čiže pochopíte, kam sa pohnúť ďalej.

Zariadenie váži oveľa menej ako 100 gramov, pohodlne a ľahko padne do ruky, má niekoľko zabudovaných senzorov, LCD displej a možnosť ukladania histórie posledných zaznamenaných údajov (až 8 pozícií). Pohodlná šnúrka na zavesenie na krk a LED prvok na osvetlenie v tme dopĺňajú základné funkcie na pohodlnú úroveň.

Vstavané funkcie:

1. hodinky;
2. kalendár;
3. teplomer;
4. barometer;
5. výškomer;
6. kompas;
7. senzor počasia.

A to všetko spolu umožňuje nielen určiť súradnice vašej polohy, ale aj určiť správny kurz k vášmu cieľu.

Hodiny a kalendár

S týmito počítadlami, zrozumiteľnými aj pre deti, je všetko jednoduché. Raz nastavte správny dátum a čas a sledujte aktuálny okamih. Môžete si vybrať 12- alebo 24-hodinový formát zobrazenia času. Stlačením tlačidla SET môžete prechádzať z času na dátum. A dlhé stlačenie tlačidla SET vám umožní vstúpiť do režimu nastavenia, v ktorom môžete nastaviť dátum / čas, ako aj zvoliť obvyklé jednotky merania.

Teplomer

Teplota môže byť zobrazená v stupňoch Celzia alebo Fahrenheita. Existuje aj niekoľko možností na určenie stavu počasia na najbližšie obdobie: jasno, prevažne oblačno, oblačno a zrážky. Informácie sa aktualizujú každých 30 sekúnd.

Barometer

Hodnota atmosférického tlaku, ako aj čas s dátumom a aktuálnou teplotou sa zobrazuje na displeji v štandardnom režime. Informácie sa aktualizujú každých 30 sekúnd. Ak sú potrebné presné údaje, stlačte a podržte tlačidlá SET a ALTI. Atmosférický tlak možno zobraziť v milimetroch ortuťového stĺpca aj v hektopascaloch.

Výškomer

Stlačením tlačidla ALTI sa prepne do režimu merania absolútnej výšky (ABS). Údaje sa aktualizujú každých 5 sekúnd. Podržaním tlačidla ALTI sa dostanete do režimu relatívnej výšky (REL), ktorý resetuje čítanie na 0. Nadmorskú výšku možno merať v metroch alebo stopách.

Kompas

Stlačením tlačidla COMP sa prepnete do režimu kompasu. Podržaním rovnakého tlačidla sa prepnete do testovacieho režimu. Ako to urobiť, je podrobne popísané v priložených pokynoch. Pri meraní smeru držte kompas mimo dosahu magnetických polí. Skreslenie môže nastať v dôsledku iných magnetov v blízkosti, ako aj v dôsledku železných a oceľových predmetov.

Vo všeobecnosti sa s takýmto manuálnym elektronickým asistentom nestratíte. Ešte raz pripomíname zásobu batérií. Tu sa používajú „malé prsty“.

Darček pre cestovateľa

Takúto užitočnú vec, samozrejme, ocenia tí, ktorí radi chodia stanovať na dlhší čas, najmä do horských oblastí. A môže použiť aj krokomer a multitool 4v1. Multitool má výkonnú baterku, nočnú lampu, ventilátor a hudobné zariadenie (prehráva MP3 súbory a rádio). Počas parkovania a v tme to veľmi pomáha.

Charakteristika

• 7 v 1: hodiny, kalendár, teplomer, senzor počasia, kompas, výškomer, barometer;
• pokyny sú pripojené;
• Displej LCD;
• podsvietenie LED signálom na 5 sekúnd;
• ukladanie a prezeranie histórie predchádzajúcich hodnôt;
• rozmery: 6,5 x 2,5 x 10 cm;
• hmotnosť: 85 g;
• doba aktualizácie údajov: 30 sekúnd;
• teplotný rozsah: -10 °C až 50 °C (14-122 °F);
• výškový rozsah: -305 m až 9 144 m (-1 000 až 30 000 stôp);
• rozsah atmosférického tlaku: od 225 mm Hg do 788 mm Hg (301-1051 hPa);
• Funguje na 2 AAA batérie (nie sú súčasťou balenia)
• je tam čipka;
• značka: LeFutur;
• balenie: značková krabica;
• rozmery boxu: 7 x 11 x 3 cm.

Donedávna v geodézia využívali sa najmä buzoly a buzoly, kde citlivým prvkom je magnetizovaná strelka otáčajúca sa na tyči a používaná v rôznych modifikáciách týchto zariadení už niekoľko tisícročí. Pri orientácii zaujme ihla takú polohu, že jej rovina sa stane rovnobežnou s čiarami magnetického poľa prechádzajúcimi týmto miestom. Ak má ihla dva stupne voľnosti, t. j. môže sa otáčať v horizontálnej a vertikálnej rovine, potom smer, v ktorom ihla ukazuje, bude ukazovať deklináciu aj sklon miestneho geomagnetického poľa. V mnohých zariadeniach, aby strelka presne ukazovala smer k severnému magnetickému pólu, je zvyčajne vyvážená špeciálne pre charakteristiky magnetického poľa oblasti, v ktorej bude kompas pracovať.

Niekedy sa používajú kompasy s globálnym vyvážením, ktoré sa dajú použiť na celom svete. Na tlmenie vibrácií ihly počas pohybu je kompas naplnený kvapalinou (zmes vody s alkoholom alebo čisteným olejom). Údaje takýchto prístrojov sú zaťažené chybami v dôsledku vplyvu vonkajších vplyvov, ako sú vibrácie, náklon, zrýchlenie a vonkajšie magnetické polia. Tradičné kompasy a kompasy sa ťažko prispôsobujú digitálnemu čítaniu, a preto sa ťažko používajú v kombinácii s najnovšími geodetické prístroje.

V modernom elektronické kompasy používa sa ako snímací prvok magnetometre, ktoré sú podobne ako kompas analógové prístroje a merajú intenzitu jednej alebo viacerých zložiek magnetického poľa Zeme v bode, kde sa nachádza. Signály z výstupu magnetometra sú prevedené do digitálnej podoby a môžu byť použité na ďalšie spracovanie mikroprocesorom. V moderných prístrojoch sa používajú najmä magnetometre, ktoré využívajú magnetorezistívne a magnetoindukčné snímače, snímače založené na Hallovom jave, ako aj snímače vyrobené technológiou "fluxgate". Na orientáciu sa zvyčajne používa elektronický kompas, ktorý má dva magnetometre namontované v horizontálnej rovine v pravom uhle na meranie jednej zo zložiek B x alebo B y magnetického poľa pozdĺž osi x. alebo pozdĺž osi y. Uhol medzi osou x a magnetickým poludníkom bude:

ψ = arctg(B y / Bx). (7.1)

Moderné magnetometre sú malé a zabudované do integrovaných obvodov.

Niektorí geodetické prístroje sú zabudované anizotropné magnetorezistívne (AMP) senzory, čo sú špeciálne odpory vyrobené z tenkého permalloy filmu, ktorého magnetizačný vektor sa po vstupe do vonkajšieho magnetického poľa začne otáčať alebo meniť uhol, čím sa mení odpor filmu. Pri meraniach sa takáto fólia umiestni do Whitsonovho mostíka a vyhodnotí sa zmena napätia spôsobená zmenou odporu fólie, podľa čoho sa odhadne sila magnetického poľa. Magnetorezistívne snímače poskytujú presnosť viac ako jeden stupeň a môžu mať jednu, dve alebo tri osi a sú zabudované do elektronických kompasov.

Treba poznamenať, že mnohé satelitné prijímače majú podobné zabudované elektronické kompasy. Satelitné prijímače zvyčajne používajú dvojosový kompas a v niektorých prípadoch aj trojosové smerové senzory, ktoré umožňujú získať pomerne presné smery aj v prípade mierneho sklonu. V prípade, že sa satelitný prijímač pohybuje rýchlosťou nad 10 km/h, dokáže určiť smer svojho pohybu zo satelitných pozorovaní s chybou menšou ako jeden stupeň. Pri nižších rýchlostiach prijímač GPS s jednou anténou nedokáže určiť smer pohybu. Preto je prijímač naladený tak, že keď dosiahne určitú rýchlosť (napríklad 5 alebo 10 km za hodinu), prepne sa z funkcie smerovania kompasu na funkciu smerovania získanú zo satelitných pozorovaní, ktoré vykoná samotný prijímač GPS a keď sa rýchlosť pohybu zníži, prijímač sa vráti do smeru kompasu.

Aby satelitný prijímač dokázal vypočítať geografický (skutočný) aj magnetický azimut pohybu, je v prijímači zabudovaný softvér, ktorý obsahuje parametre modelu hlavného geomagnetického poľa Zeme. Prijímač neustále aktualizuje informácie o smere objektu, keď používateľ naviguje ľubovoľnú cestu k objektu.

Magnetické indukčné snímače smeru sa objavili relatívne nedávno - prvý patent na ne bol vydaný v roku 1989. Princíp jeho činnosti je založený na tom, že generátor kmitov využíva cievku, ktorej indukčnosť sa mení pod vplyvom zmien okolitého magnetického poľa. Zmena indukčnosti cievky spôsobuje zmenu frekvencie generátora. Tento typ magnetometra teda meria magnetické pole jeho vplyvom na indukčnosť cievky drôtu alebo solenoidu.

Na určenie smeru k severnému magnetickému pólu (v horizontálnej rovine) sú dva takéto senzory, inštalované kolmo na seba, pripevnené na kardanovom závese tak, aby boli umiestnené v horizontálnej rovine, a sklonomer sa používa aj v troch - os jedna. Mnoho moderných automobilových kompasov je založených na magnetických indukčných snímačoch.

Keď sa chystáte loviť do neznámej oblasti, kde nie sú viditeľné orientačné body, určite si so sebou musíte vziať kompas s mapou oblasti. Takéto opatrenie je potrebné v stepi a tundre, v horách. Bez kompasu sa nezaobídete v tmavej noci, v hmlistom dni a vo vánici.

Čo sú

Kompas je zariadenie, s ktorým sa môžete pohybovať v neznámom teréne.

Kompasy sú:

• magnetické;
• kvapalina;
• elektronické.

kvapalina

Najpresnejší zo všetkých magnetických je považovaný za tekutý kompas. V typickej jednoduchej verzii vyzerá ako „kotol“ naplnený vodou, v ktorom je na zvislej osi pripevnená hliníková alebo bronzová karta. Na každej strane karty sú pripevnené magnety.

V takýchto zariadeniach kvapalina stabilizuje ukazovateľ, v stabilnej polohe ukazovateľ pomáha presne určiť čítanie.

Tablet

Takéto zariadenie je prezentované vo forme tablety, v ktorej je nainštalovaná okrúhla žiarovka s magnetizovanou šípkou. Vybavený tabletovou kompasovou lupou pre ľahké prezeranie stupnice. Špeciálna tekutina v kapsule zaisťuje stabilitu šípu pri rýchlom pohybe.

Základné modely

Určené pre začínajúcich turistov, majú všetky potrebné komponenty, ale nemajú zrkadlo a nastavenie odchýlky.

Multifunkčný

Sú vybavené zrkadlom, lupou a ďalšími doplnkovými funkciami. Vhodné na bežné túry do vnútrozemia, mimo trás.

Magnetický

Existuje niekoľko typov zariadení, pomocou ktorých môžete určiť svetové strany.

Mechanický

Náhodou je to obyčajný turista. Tento typ kompasu má strelku s červeným hrotom, ktorá ukazuje na sever, kde je najsilnejšie magnetické pole. S jednoduchým magnetickým zariadením spolu s mapou presnejšie určíte polohu rôznych predmetov.

Pre armádu

Líši sa od bežnej zväčšovacej šošovky a zameriavacieho zariadenia. S takýmto zariadením môžete presnejšie určiť smer cesty v teréne.

Geologické

V tomto prístroji sú dieliky smerovej stupnice proti smeru hodinových ručičiek. Na určenie uhlov dopadu vrstiev hornín je vybavený sklonomerom a polokončatinou.

Hygroskopický

Hygroskopický kompas je inštalovaný na lietadlách a na riečnych lodiach. Je vybavený gyroskopom, vďaka takémuto zariadeniu ukazuje skutočný pól, a nie magnetický pól. Toto zariadenie je stabilné, takže počas nahromadenia ukazuje smer presnejšie.

Astronomický

Tento pohľad môže určiť svetové strany so zameraním na hviezdy a svietidlá. Nevýhodou prístroja je, že sa s ním nedá pracovať počas dňa.

Pre orientačný beh

Aký kompas by si mali športovci vybrať? Mali by vedieť používať magnetický kompas a rozumieť topografickej mape.

Preto musí mať kompas pre orientačný beh vysoké výkonové charakteristiky, ako napríklad:

• rýchlosť a rýchlosť inštalácie magnetickej ihly;
• stabilita šípu pri rýchlom pohybe športovcov;
• jednoduchosť používania, takže zariadenie sa drží pevne v ruke;
• malé rozmery a nízka hmotnosť.

Elektronické kompasy fungujú na základe zväčšených senzorov, ktoré sú zahrnuté pri hľadaní požadovaných súradníc v satelitnom navigačnom systéme. Sú určené len pre profesionálov, využívajú ich najmä vojenský personál a zástupcovia orgánov činných v trestnom konaní.

V závislosti od miesta a účelu sa používajú tieto typy elektronických navigátorov.

Označuje smer k objektu vysielajúcemu rádiové vlny. Používajú ho letci na orientáciu v priestore pri letoch.

Od mechanickej turistickej sa líši tým, že nemá zmagnetizovanú ihlu. Kompas určuje svetové strany elektronicky. Ukazuje čas, sú v ňom zabudované rôzne doplnkové programy, dokonca aj videá.

GPS a GLONASS

Tieto navigátory pracujú s pomocou elektronického systému, prijímajú signály na určenie presnej polohy a smeru z viacerých satelitov.

Prijímače GPS sú považované za vysokokvalitné navigátory, takmer vždy vybavené elektronickým kompasom. GPS-navigátory však nemôžu fungovať bez batérie, ktorá sa môže v správnom čase vybiť. Preto sa počas cesty nezaobídete bez magnetického kompasu alebo sady náhradných batérií.

GPS prijímače majú na rozdiel od magnetických kompasov nasledujúcu výhodu: dokážu odhadnúť aktuálnu polohu bez viditeľných orientačných bodov počas zasnežených dní a v hmlistom počasí. Pomocou GPS zariadenia môžete jednoducho nastaviť požadovaný smer pri vyhýbaní sa akejkoľvek prekážke a prenastaviť kompas pozdĺž zmenenej línie trasy.

Kritériá výberu

Výber kompasu závisí od účelu: kupujú ho na lov, na turistiku alebo orientačný beh. Odporúča sa vybrať model kompasu tak, aby sa dal použiť v rôznych situáciách: počas turistických výletov a súťaží v orientačnom behu.

Aký je najlepší kompas pre turistov a cyklistov?

Pri výbere musíte vziať do úvahy niektoré nuansy:

• Klasické modely kompasov s delením stupňov a s pravítkom sú vhodné na pešie výlety.
• Turisti často používajú výpočty stupňov a výpočty azimutu, takže na túre potrebujú pravítko a číselník stupňov na kompase.
• Pre cyklistov je prijateľnejším variantom GPS navigátor, aj keď sa mu rýchlo vybijú batérie. Cyklisti si preto budú musieť zobrať so sebou klasický kompas.
• Pri cestovaní lietadlom by sa mali uprednostniť elektronické navigátory, pretože sú multifunkčné, môžete z nich určiť nadmorskú výšku aj tlak.

Prehľad najlepších modelov

Kvalitné vybavenie pre turistov vyrába švédska spoločnosť Silva a fínska spoločnosť Suunto.

Vhodné na použitie v akomkoľvek teréne, je to klasický profesionálny orientačný beh, vybavený systémom Spectra, šípka prístroja je rovná a široká, vhodná na rýchle odčítanie.

Líši sa v týchto vlastnostiach:

1. So silným magnetom sa ukazovateľ zariadenia rýchlo upokojí.
2. Priehľadná základná doska s jasnými značkami
3. Bezpečnostné umiestnenie v ruke.
4. Model Silva 6 Nor Spectra Right sa dá držať aj v pravej ruke.

Model na zápästie Suunto M-9 je pohodlný a multifunkčný.

Turisti si ho vyberajú pre jeho malé rozmery a nízku hmotnosť, ako aj presnosť určenia smeru. Zariadenie na zápästie je možné použiť aj pod vodou.

Dobrý nástroj americkej výroby je považovaný za najspoľahlivejší, vhodný na použitie v teréne.

Puzdro z hliníka má špeciálnu odolnosť, vodeodolnosť. Zariadenie sa vyznačuje zvýšenou presnosťou pri určovaní smeru.

Ako navigovať pomocou kompasu

Čo je teda potrebné urobiť:

1. Najprv musíte určiť orientačný bod, ku ktorému sa chcete vrátiť, napríklad to môže byť strom.
2. Orientácia začína stlačením špeciálnej západky a uvoľnením magnetickej ihly.
3. Zoberiete zariadenie a položíte ho vodorovne na dlaň, musíte počkať na polohu modrej šípky na 0 stupňoch stupnice, potom otočiť kryt, aby ste ho namontovali so slotom smerom k vám a s predným pohľadom na objekt.
4. Po výbere smeru pohybu by ste ho mali opraviť a zapamätať si hodnotu uhla, ktorá sa nazýva „azimut“.
5. Neustále kontrolujete smer, musíte sa začať pohybovať.
6. Po dosiahnutí koncového bodu pohybu by ste sa mali otočiť okolo svojej osi. To znamená, že došlo k rotácii okolo svojej osi o 180 stupňov. Ukazuje sa, že sa vrátili do východiskového bodu trasy.

Turisti a cestovatelia, ale aj poľovníci sa môžu každú chvíľu ocitnúť na neznámych miestach a stratiť smer svojho ďalšieho pohybu. V takýchto prípadoch môžete pomocou kompasu rýchlo určiť polohu.

Pred výberom kompasu si však musíte preštudovať ich typy, vlastnosti, ako aj to, pre koho a na aké účely sú určené.

Video

Ako používať kompas v lese, sa dozviete z nášho videa.

Každý, kto sa pokúšal nasadiť si na svojho robota elektronický kompas, si položil otázku: ako vlastne z tohto zariadenia dostať nejakú virtuálnu šípku, ktorá by ukazovala na sever? Ak k Arduinu pripojíme najobľúbenejší snímač HMC5883L, dostaneme prúd čísel, ktoré sa pri otáčaní správajú zvláštne. Čo robiť s týmito údajmi? Skúsme na to prísť, pretože plnohodnotná navigácia robota bez kompasu je nemožná.
Po prvé, zariadenie často označované ako kompas je v skutočnosti magnetometer. Magnetometer je zariadenie, ktoré meria silu magnetického poľa. Všetky moderné elektronické magnetometre sú vyrábané technológiou MEMS a umožňujú meranie súčasne v troch kolmých osiach. Takže prúd čísel, ktoré zariadenie vydáva, je vlastne projekcia magnetického poľa na troch osiach v súradnicovom systéme magnetometra. Ostatné zariadenia používané na určovanie polohy a navigáciu majú rovnaký formát údajov: akcelerometer a gyroskopický tachometer (alias gyroskop). Obrázok ukazuje jednoduchý prípad, keď je kompas vodorovne so zemským povrchom na rovníku. Červená šípka označuje smer k severnému pólu. Bodkovaná čiara označuje projekcie tejto šípky na príslušné osi. Zdalo by sa, že toto je ono! Noha sa rovná nohe o dotyčnicu opačného uhla. Aby ste získali uhol smeru, budete musieť vziať arkustangens pomeru nôh: H = atan(X/Y) Ak vykonáme tieto jednoduché výpočty, skutočne dostaneme nejaký výsledok. Jediná škoda je, že stále nedostaneme správnu odpoveď, pretože sme nebrali do úvahy veľa faktorov:

1. Posun a skreslenie vektora magnetického poľa Zeme vplyvom vonkajších vplyvov.
2. Vplyv sklonu a náklonu na hodnoty kompasu.
3. Rozdiel medzi geografickými a magnetickými pólmi je magnetická deklinácia.

V tomto článku budeme študovať tieto problémy a zistiť, ako ich vyriešiť. Najprv sa však pozrime na hodnoty magnetometra na vlastné oči. Aby sme to dosiahli, musíme si ich nejako vizualizovať.

1. Vizualizácia hodnôt magnetometra

Ako viete, jeden obrázok je lepší ako tisíc slov. Preto pre väčšiu prehľadnosť použijeme na vizualizáciu hodnôt magnetometra 3D editor. Na tieto účely môžete použiť SketchUp s doplnkom „cloud“ (http://rhin.crai.archi.fr/rld/plugin_details.php?id=678) Tento doplnok vám umožňuje načítať polia bodov zo súboru zobrazenia do SketchUp: 212 -321 -515 211 -320 -515 209 -318 -514 213 -319 -516 Oddeľovač môže byť tabulátor, medzera, bodkočiarka atď. Toto všetko je špecifikované v nastaveniach pluginu. Na tom istom mieste môžete požiadať o prilepenie všetkých bodov trojuholníkmi, čo sa v našom prípade nevyžaduje. Najjednoduchší spôsob, ako uložiť hodnoty magnetometra, je preniesť ich cez COM port do osobného počítača na monitor sériového portu a potom ich uložiť do textového súboru. Druhý spôsob je pripojiť SD kartu k Arduinu a zapísať dáta magnetometra do súboru na SD karte. Keď sme sa zaoberali zaznamenávaním údajov a ich importovaním do aplikácie SketchUp, skúsme teraz vykonať experiment. Magnetometer budeme otáčať okolo osi Z a riadiaci program v tomto čase bude zaznamenávať hodnoty snímača každých 100 ms. Celkovo bude zaznamenaných 500 bodov. Výsledok tohto experimentu je uvedený nižšie:
Čo môžete zistiť pri pohľade na tento obrázok? Po prvé, môžete vidieť, že os Z bola skutočne pevná - všetky body sú umiestnené viac-menej v rovine XY. Po druhé, rovina XY je mierne naklonená, čo môže byť spôsobené buď naklonením môjho stola, alebo naklonením magnetického poľa Zeme :) Teraz sa pozrime na rovnaký obrázok zhora:
Prvá vec, ktorá vás upúta, je, že stred súradníc vôbec nie je v strede vyznačeného kruhu! S najväčšou pravdepodobnosťou je merané magnetické pole akosi „posunuté“ do strany. Navyše toto „niečo“ má vyššie napätie ako prirodzené pole Zeme. Druhým postrehom je, že kruh je na výšku mierne pretiahnutý, čo naznačuje vážnejšie problémy, o ktorých budeme diskutovať nižšie. A čo sa stane, ak otočíte kompas okolo všetkých osí súčasne? Správne, nedostanete kruh, ale guľu (presnejšie sféroid). Toto je oblasť, ktorú som dostal:
Okrem hlavných 500 bodov gule sa pridajú ďalšie tri polia, každé po 500 bodoch. Každá z pridaných skupín bodov je zodpovedná za rotáciu magnetometra okolo pevnej osi. Spodný kruh sa teda získa otáčaním zariadenia okolo osi Z. Kruh napravo sa získa otáčaním okolo osi Y. Nakoniec hustý prstenec bodiek naľavo je zodpovedný za otáčanie magnetometra okolo osi Y. Os X. Prečo tieto kruhy neobopínajú guľu pozdĺž rovníka, sa dočítame nižšie.

2. Magnetický sklon

V skutočnosti sa posledná kresba môže zdať trochu divná. Prečo v horizontálnom stave senzor ukazuje takmer maximálnu hodnotu na osi Z? Situácia sa zopakuje, ak zariadenie nakloníme napríklad osou X nadol – opäť dostaneme maximálnu hodnotu (ľavý kruh). Ukazuje sa, že senzor je neustále ovplyvňovaný poľom smerujúcim cez senzor dole na povrch zeme! Na tom naozaj nie je nič nezvyčajné. Táto vlastnosť zemského magnetického poľa je tzv magnetický sklon. Na rovníku je pole nasmerované rovnobežne so zemou. Na južnej pologuli - hore od Zeme pod určitým uhlom. A na severnej pologuli, ako sme už spozorovali – dole. Pozeráme sa na obrázok.
Magnetický sklon nám v používaní kompasu nijako nezabráni, preto nad ním nebudeme príliš premýšľať, ale len berieme na vedomie tento zaujímavý fakt. Teraz prejdime k problémom.

2.1. Skreslenie magnetického poľa: tvrdé a mäkké železo

V zahraničnej literatúre sa deformácie magnetického poľa zvyčajne delia do dvoch skupín: Hard Iron a Soft Iron. Nižšie je uvedený obrázok ilustrujúci podstatu týchto skreslení.
tvrdé železo Dávam ti certifikát. Intenzita zemského magnetického poľa je veľmi závislá od zemských súradníc, v ktorých sa meria. Napríklad v Kapskom Meste (Južná Afrika) je pole asi 0,256 Gauss (Gauss) a v New Yorku je to dvojnásobok - 0,52 Gauss. Na planéte ako celku sa intenzita magnetického poľa pohybuje v rozmedzí od 0,25 gaussov do 0,65 gaussov. Pre porovnanie, pole bežného magnetu chladničky je 50 gaussov, čo je stokrát viac ako magnetické pole v New Yorku!! Je jasné, že citlivý magnetometer sa môže ľahko zmiasť, ak sa vedľa neho objaví jeden z týchto magnetov. Na kvadrokoptére, samozrejme, takéto magnety nie sú, ale existujú oveľa výkonnejšie magnety zo vzácnych zemín pre bezkomutátorové motory, ako aj elektronické obvody ovládačov, napájacie káble a batéria. Takéto zdroje parazitného magnetického poľa sa nazývajú tvrdé železo. Pôsobením na magnetometer dávajú nameraným hodnotám určitú odchýlku. Pozrime sa, či má Hard Iron deformácie v našej sfére. Priemet bodov gule do roviny XY vyzerá takto:
Je vidieť, že mračno bodov má určitý výrazný posun pozdĺž osi Y doľava. Po osi Z prakticky nedochádza k žiadnemu posunu. Odstránenie takéhoto skreslenia je veľmi jednoduché: stačí zvýšiť alebo znížiť hodnoty prijaté zo zariadenia o veľkosť posunu. Napríklad kalibrácia Hard Iron pre os Y by bola: Ycal_hard = Y - Ybias kde Ycal_hard— kalibrovaná hodnota; Y- pôvodná hodnota; Ybias je množstvo posunutia. Na výpočet Ybias musíme opraviť maximálnu a minimálnu hodnotu Y a potom použiť jednoduchý výraz: Ybias = (Ymin-Ymax)/2 - Ymin kde Ybias- požadovaná hodnota posunutia; Ymin- minimálna hodnota osi Y; Ymax- maximálna hodnota osi Y. mäkké železo Na rozdiel od Hard Iron je skreslenie Soft oveľa zákernejšie. Znova, poďme sledovať tento druh vplyvu na údaje zhromaždené skôr. Aby sme to urobili, venujme pozornosť skutočnosti, že loptička na obrázku vyššie vôbec nie je loptička. Jeho projekcia na osi YZ je v hornej časti mierne sploštená a mierne otočená proti smeru hodinových ručičiek. Tieto skreslenia sú spôsobené prítomnosťou feromagnetických materiálov v blízkosti snímača. Takýmto materiálom je kovový rám kvadrokoptéry, kryt motora, kabeláž alebo dokonca kovové upevňovacie skrutky. Ak chcete napraviť situáciu so sploštením, vynásobenie hodnôt snímača určitým multiplikátorom pomôže: Ycal_soft = Y * Yscale kde Ycal_hard— kalibrovaná hodnota; Y- pôvodná hodnota; Yscale— faktor mierky. Na nájdenie všetkých koeficientov (pre X, Y a Z) je potrebné identifikovať os s najväčším rozdielom medzi maximálnou a minimálnou hodnotou a potom použiť vzorec: Stupnica Y = (Amax-Amin)/(Ymax-Ymin) kde Yscale je požadovaný faktor skreslenia pozdĺž osi Y; Amax je maximálna hodnota na niektorej osi; Amin je minimálna hodnota na niektorej osi; Ymax- maximálna hodnota na osi Y; Ymin- minimálna hodnota na osi Y. Ďalší problém, kvôli ktorému sa ukázalo, že guľa je pootočená, je eliminovaný o niečo ťažšie. Príspevok takéhoto skreslenia k celkovej chybe merania je však dosť malý a spôsob jeho „ručného“ vyrovnávania nebudeme podrobne popisovať.

2.2. Automatická kalibrácia

Je potrebné povedať, že manuálne získavanie presných minimálnych a maximálnych hodnôt magnetometra nie je ľahká úloha. Na tento postup budete potrebovať prinajmenšom špeciálny stojan, v ktorom môžete upevniť jednu z osí zariadenia. Je oveľa jednoduchšie použiť automatický kalibračný algoritmus. Podstatou tejto metódy je aproximácia mračna získaných bodov elipsoidom. Inými slovami, vyberáme parametre elipsoidu tak, aby sa čo najviac zhodoval s naším mračnom bodov, vytvoreným na základe údajov z magnetometra. Z takto zvolených parametrov môžeme extrahovať hodnotu offsetu, mierkové faktory a koeficienty pre ortogonalizáciu osí. Na internete je viacero programov, ktoré to dokážu. Napríklad MagCal alebo iný - Magneto. Na rozdiel od MagCal sa v Magneto vypočítané parametre zobrazujú vo forme pripravenej na použitie bez potreby dodatočných konverzií. Toto je program, ktorý používame. Hlavná a jediná forma programu vyzerá takto:
V poli "Surové magnetické merania" vyberte súbor so zdrojovými údajmi. Do poľa "Norma magnetického alebo gravitačného poľa" zadajte hodnotu magnetického poľa Zeme v bode našej dislokácie. Vzhľadom na to, že tento parameter nijako neovplyvňuje uhol vychýlenia strelky nášho virtuálneho kompasu, nastavil som hodnotu na 1090, čo zodpovedá hodnote 1 Gauss. Potom stlačíme tlačidlo Kalibrovať a dostaneme:

1. hodnoty posunu pre všetky tri osi: Kombinovaná odchýlka (b);
2. a mierka a ortogonalizačná matica: Korekcia pre kombinované faktory mierky, nesúosovosť a mäkké železo (A-1).

Pomocou magickej matice odstránime sploštenie nášho oblaku a eliminujeme jeho miernu rotáciu. Všeobecný kalibračný vzorec je nasledujúci: Vcal \u003d A-1 * (V - Vbias) kde Vcal je vektor kalibrovanej hodnoty magnetometra pre tri osi; A-1 je mierka a ortogonalizačná matica; Vbias je vektor posunutia pozdĺž troch osí.

3. Vplyv sklonu magnetometra na vypočítaný smer

Nasleduje problém číslo dva. Na začiatku článku sme sa už pokúsili vypočítať uhol medzi severom a strelkou kompasu. Funguje na to jednoduchý vzorec: H = atan(Y/X) kde H- uhol odchýlky strelky kompasu od severného smeru; X, Y sú kalibrované hodnoty magnetometra. Teraz si predstavte, že zafixujeme os X striktne v smere na sever a začneme otáčať senzor okolo tejto osi (rolujeme). Ukazuje sa, že projekcia poľa na osi X zostáva nezmenená, ale projekcia na Y sa mení. Podľa vzorca bude strelka kompasu ukazovať buď na severozápad alebo severovýchod, podľa toho, ktorým smerom rolujeme. Toto je, ako je uvedené na začiatku článku, druhý problém elektronického kompasu. Geometria pomôže vyriešiť problém. Potrebujeme len natočiť magnetický vektor do súradnicového systému daného sklonomerom. Aby sme to dosiahli, striedavo vynásobíme dve matice kosínusov vektorom: Vcal2 = Ry*Rx*Vcal kde Vcal- magnetický vektor, očistený od tvrdých a mäkkých skreslení; Rx a Ry- rotačné matice okolo osí X a Y; Vcal2- magnetický vektor, zbavený vplyvu nakláňania a sklonu. Vzorec vhodný pre program regulátora bude vyzerať takto: Xcal2 = Xcal*cos(výška tónu) + Ycal*sin(výstup)*sin(výška tónu) + Zcal*cos(výskok)*sin(výška tónu) Ycal2 = Ycal*cos(roll) – Zcal*sin(roll) H = atan2(-Ycal2, Xcal2) kde rolovať a ihrisko- sklony okolo osí X a Y; Xcal, Ycal, Zcal je vektor magnetometra (Vcal); Ycal2, Ycal2- kalibrované hodnoty magnetometra (neuvažujeme Zcal2 - nebude to pre nás užitočné); H je uhol medzi severom a strelkou kompasu. (Kto je atan2, môžete zistiť tu: http://en.wikipedia.org/wiki/Atan2)

3. Rozdiel medzi geografickým a magnetickým pólom

Potom, čo sme získali viac-menej presný uhol strelky kompasu zo severného smeru, je čas vyriešiť ďalší problém. Faktom je, že magnetické a geografické póly na našej planéte sú veľmi odlišné v závislosti od toho, kde robíme meranie. Inými slovami, „sever“, na ktorý ukazuje váš turistický kompas, vôbec nie je sever, kde sú ľadové a ľadové medvede. Na vyrovnanie týchto rozdielov je potrebné k údajom snímača pridať (alebo odčítať) určitý uhol, nazývaný magnetická deklinácia. Napríklad v Jekaterinburgu je magnetická deklinácia +14 stupňov, čo znamená, že namerané hodnoty magnetometra by sa mali znížiť o rovnakých 14 stupňov. Ak chcete zistiť magnetickú deklináciu vo svojich súradniciach, môžete použiť špeciálny zdroj: http://magnetic-declination.com/

Záver

Na záver pár tipov na navigáciu s magnetometrom.

1. Kalibrácia by mala byť vykonaná presne za podmienok, v ktorých dron uskutoční skutočný let.
2. Magnetometer je lepšie vybrať z tela robota na tyči. Takže to bude ovplyvnené menším hlukom.
3. Na výpočet smeru je lepšie použiť kompas + gyroskop. Zároveň sa ich hodnoty zmiešajú podľa určitého pravidla (fúzia údajov).
4. Ak hovoríme o lietadle s vysokou rýchlosťou kurzu, odporúča sa použiť kombináciu kompas + gyroskop + GPS.