Разное

Цифровой магнитный компас: Принцип работы цифрового компаса / Хабр

Принцип работы цифрового компаса / Хабр

В связи с широким распространением мобильной платформы android и gps чипов в составе конечных продуктов в частности, я заинтересовался идеей работы цифрового компаса, вокруг которого сейчас возникает так много вопросов.

Итак, рассматриваемый нами объект представляет собой компас, в основу которого положен принцип построения на определении координат, с использованием спутниковых навигационных систем. Однако в практике встречаются случаи, когда компас имеет в своем составе в качестве приемника блок магниторезисторов(принцип изменения сопротивления от положения объекта в абсолютном пространстве) или элементов Холла. Элементы Холла же строятся на основе микромеханических систем, высокочувствительных к изменению магнитного поля в конкретном случае изменение распределения зарядов на кремниевой пластине под влиянием магнитного поля Земли. Приборы на магниторезисторах и элементах Холла олицетворяют собой компас в его классическом виде, как автономный измерительный инструмент, в отличие от систем «собирательного» типа, входная информация для которых поступает непосредственно в виде спутникового сигнала. В итоге системы, завязанные на внешнем источнике информации в сущности являются приборами с индикацией путевого угла в виде компаса.

Так как на практике мы имеем дело чаще всего с определением местоположения и направления посредством именно навигационных систем, примером тому хотя бы android с его приложением google maps, далее приведится принцип работы алгоритма именно такого случая использования:
1. По сигналам со спутников снимаем показания координат приёмника системы спутниковой навигации (и, соответственно, объекта)
2. Засекаем момент времени, в который было сделано определение координат.
3. Выжидаем некоторый интервал времени, достаточно короткий для более качественных результатов.
4. Повторно определяется местоположение объекта.
5. Решается простейшая навигационная задача вычисления вектора скорости движения из полученных координат двух точек и размера временного интервала, после чего, зная вектор, мы с легкостью получаем:

а) направление движения
б) скорость движения
6. Осуществляется переход к шагу 2.

Как видим, работа алгоритма обеспечивается циклично и отправной точкой для начала следующего вектора будет служить конец направляющего вектора за последний временной интервал.
Недостатки этого метода, в применении цифрового компасирования:
если объект неподвижен в абсолютном пространстве, направление движения узнать не получится, точки фиксирования координат совпадают в данном случае.
Как исключение достаточно большие объекты (например, крупные морские суда), где возможно установить 2 приёмника (например, на носу и корме). Таким образом, координаты двух точек можно получить сразу, даже если объект неподвижен, и перейти к пункту 5.
Так же надо брать во внимание точность определения координат спутниковыми системами позиционирования и её влияние на тихоходные объекты, вследствие разброса ошибок определения местоположения.

Цифровой магнитный компас Maretron SSC300

SSC300 представляет собой твердотельный, электронный компас-гироскоп, в котором реализованы отмеченные наградами уникальные технологии компании Maretron. Данный компас обеспечивает точность указания курса лучше, чем 0.7 ° при углах килевой и бортовой качки ±45 °, и лучше, чем 1 ° при килевой и бортовой качке в статических условиях.

Каждый SSC300 проходит процедуру калибровки в заводских условиях, гарантируя безупречную точность показаний. SSC300 обеспечивает точную информацию о курсе с частотой обновления десять раз в секунду, а также данные о положении корабля относительно направления движения координат, включая данные о килевой и бортовой качке с частотой обновления один раз в секунду.

Благодаря усовершенствованным алгоритмам стабилизации микромеханический скоростной гироскоп в сочетании с трёхосным акселерометром обеспечивает точные и стабильные показания в динамически изменяющихся условиях, например, на крутых поворотах и при сильном волнении моря. Всё это делает SSC300 идеальным инструментом указания курса в системах автопилотов или радарных системах использующих наложение радиолокационного изображения.

SSC300 сертифицирован для применения в сетях стандарта NMEA 2000 ® и совместим с цифровым интерфейсом стандарта NMEA 0183.

SSC300 подключается напрямую к любыми сетям стандарта NMEA 2000 ® или к приёмникам NMEA 0183 для обмена информацией с навигационным ПО, картплоттерами, автопилотами и соответствующими устройствами отображения информации, включая графические дисплеи Maretron DSM150 / DSM250.

SSC200 обладает функцией автоматической компенсации девиации курса. Значительно улучшена динамическая точность SSC300, благодаря применению передовой цифровой фильтрации трёхосного магнитометра, трёхосного акселерометра и скоростного гироскопа.

  • Точность указания курса в статических условиях лучше, чем 0.7°
  • Точность указания курса в динамических условиях лучше, чем 1.5°
  • Точность скорости поворота лучше, чем 1°/сек
  • Точность килевой и бортовой качки лучше, чем 1°
  • Трёхосный магнитометр, трёхосный акселерометр и скоростной гироскоп
  • Выходы NMEA 0183 и NMEA 2000
  • Степень защиты IP67

Что такое электронный компас и как он работает

В последнее время в печати появились материалы об электронном компасе, как правило, эти материалы предполагают использование в таких приборах магниторезистивных датчиков магнитного поля [2, 4, 5].

Ниже предлагается рассмотреть отдельные вопросы создания электронного компаса с применением магниточувствительных интегральных схем, именуемых в зарубежной печати “схемами Холла”.Такие схемы сегодня доступны для радиолюбителей, проживающих в странах СНГ [1,3].

В настоящее время для определения координат относительно сторон света используются различные навигационные приборы и оборудование. К таким приборам относятся: магнитный и радиокомпас, радиополукомпас, гирокомпас и гирополукомпас, приемники системы GPS и др.

Каждому из этих приборов присущи как определенные преимущества, так и очевидные недостатки. Следует отметить, что ни один из известных навигационных приборов не может обеспечить точного определения азимута во всех районах Земли при любой погоде, различных состояниях магнитосферы и радиопомехах.

Точное определение положения объектов на поверхности Земли и в пространстве представляет собой достаточно сложную техническую задачу, которая решается при помощи магнитометрических систем контроля пространственного положения (МСКПП) с учетом многих факторов.

В связи с этим в морском деле, в авиации, в военном деле применяют совместно компасы различных типов, и на их основе созданы единые (комплексные) курсовые системы.

Однако, в «бытовых целях” наибольшее распространение получили устройства, предназначенных для регистрации магнитного поля Земли (МПЗ) и ориентирования различной аппаратуры на плоскости и в пространстве относительно направления МПЗ.

Наиболее распространенными и доступными (по стоимости) для “обычного пользователя» являются устройства, использующие принцип магнитного компаса.

Немного теории. Для понимания принципов ориентирования по магнитному полю Земли ниже приведем некоторые основные понятия и принципы.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли (часто называемое еще и геомагнитным — ГМП) в каждой точке пространства характеризуется вектором напряженности Т, направление которого определяется тремя составляющими X, Y, Z (северной, восточной и вертикальной составляющей) в прямоугольной системе координат (рис. 1), или тремя элементами Земли: горизонтальной составляющей напряженности Н, магнитным склонением D (угол между Н и плоскостью географического меридиана) и магнитным наклонением I (угол между Т и плоскостью горизонта).

Для изучения пространственного распределения основного геомагнитного поля, измеренные в разных местах значения Н, D, I наносят на специальные карты (которые носят наименование магнитных карт Земли) и соединяют линиями точки равных значений элементов. Такие линии называют соответственно изодинамами, изогонами, изоклинами.

Линия (изоклина) I = 0, т.е. магнитный экватор, не совпадает с географическим экватором. С увеличением широты значение I возрастает до 90° в магнитных полюсах. Полная напряженность Т от экватора к полюсу растет от 33,4 до 55,7 А/м (от 0,42 до 0,7 э или от 42 до 70 мкТл).

Ось центрального диполя не совпадает с осью вращения Земли. Северный магнитный полюс расположен в Гренландии близ города Туле (78° северной широты, 69° западной долготы), а южный магнитный полюс расположен в Антарктиде (78° северной широты, 249° западной долготы).

Таким образом, магнитная ось наклонена на 12° к оси вращения Земли. Следует отметить, что понятие “северный магнитный полюс» и «северный магнетизм», как и “южный магнитный полюс” и “южный магнетизм» не совпадают.

Северный магнитный полюс Земли включает понятие южного магнетизма, а южный магнитный полюс — северного. Материковое магнитное поле Земли имеет среднюю напряженность Н около 0,45 э.

Рис. 1. Составляющие магнитного поля Земли.

Однако на земном шаре существуют области магнитных аномалий, где напряженность магнитного поля может превышать среднюю в 2-3 раза. Обычно сильные магнитные аномалии связываются с залежами магнетитовых (FeO, Fe203) и гитаномагнетитовых (примеси ТiO2) руд, с залежами других пород, обогащенных магнетитом, с некоторыми пирроктиловыми (FeS) месторождениями.

Приметами таких аномалий являются Кривой Рог, Кольские аномалии, аномалии на Урале и т.п. Наиболее сильной аномалией на земном шаре является аномалия в районе г. Курска и г. Белгорода, получившая наименование Курской магнитной аномалии (КМА).

Напряженность поля КМА (вертикальная составляющая) достигает здесь 1,Б…1,91 э (150…190 мкТл), Эта аномалия объясняется наличием большого рудного тела под поверхностью Земли. Наиболее известным применением явления земного магнетизма является компас, изобретенный в Китае более 2000 лет тому назад, который начал использоваться примерно в XII веке.

Принцип действия компаса основан на взаимодействии магнитного поля постоянных магнитов компаса с горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.

Простейший компас представляет собой круглую коробку из немагнитного материала, в центре которой располагается магнитная стрелка, установленная на остром основании (например, на игле).

Свободно вращающаяся магнитная стрелка поворачивается вокруг оси, располагаясь вдоль силовых линий магнитного поля. Таким образом, стрелка всегда указывает одним из концов в направлении Северного магнитного полюса.

Для определения азимута компас должен находиться в строго горизонтальном положении. Точность определения направления (или азимута) простым компасом составляет З…5п.

Точность современных судовых магнитных компасов в средних широтах и при отсутствии качки достигает 0,3…0,5°. К недостаткам магнитного компаса относится необходимость внесения поправки в его показания на несовпадение магнитного и географического меридианов (поправка на магнитное склонение) и поправки на девиацию (вращение Земли).

Вблизи магнитных полюсов Земли и крупных магнитных аномалий точность показаний магнитного компаса резко снижается, в этих районах приходится пользоваться навигационными приборами других типов [1].

В связи с бурным развитием микромагнитоэлектроники в последнее время широкое распространение получили т.н. электронные компасы. Электронные компасы имеют массу преимуществ перед традиционными (стрелочными).

Они вибро- и удароустойчивы, к тому же конструкции современных компасов предусматривают: возможность введения местоположения пользователя, установку магнитного склонения, автоматическую компенсацию при воздействии внешних полей, установку маршрута и его запись, прямой интерфейс с электронной системой навигации и т.д.

Рис. 2. Разложение вектора магнитного поля Земли на составляющие.

Точность определения азимута электронным компасом может достигать 0,1°. В таких приборах роль “магнитной стрелки” выполняет преобразователь магнитного поля.

Принципы определения направления вектора МПЗ

На практике определение направления вектора магнитного поля Земли (Н) сводится к измерению напряженности двух его составляющих Нx и Нy (рис. 2) с дальнейшим вычислением угла. Угол ф, в общем случае, определяется по формуле:

Следует отметить, что значения напряженности магнитного поля, определенные преобразователем (датчиком) МП, могут колебаться как по амплитуде (дельта Н), так и по постоянной составляющей (Hy0 и Hx0). С учетом этого уравнение (1) принимает следующий вид (2) (см. врезку).

Так как абсолютные значения синуса и косинуса угла равны при 45 градусах, то вычисления производят только в этой области. Если предположить, что погрешность измерения H составляет 1 %, то при угле 45 градусов получают максимальное отклонение 1,1 градуса.

Для достижения необходимой точности при определении направления менее 1% в работе (2) были сформулированы следующие основные требования к Измерительной системе, предназначенной для определения вектора МПЗ (формула):

  • Должны использоваться, как минимум, два датчика МПЗ. При этом их магниточувствительные элементы располагаются перпендикулярно друг к другу Один датчик МП регистрирует другой
  • Диапазон измерений должен составлять от 20 до ЮОА/м {от 0,25 до 1,25 гс или от 25 до 125 мкТп).
  • Отклонение амплитуды смещения не должно превышать 1% от максимального значения.

Структурная схема электронного компаса

В последние годы на отечественном рынке появилось достаточно много моделей электронных компасов, выпускаемых зарубежными производителями. Эти модели имеют различные характеристики, различный набор функций и различное конструктивное оформление. Стоимость таких устройств составляет от 20 до 1000 USD.

Рис. 3. Возможный вариант структурной схемы электронного компаса.

В зависимости от назначения структурные и электрические схемы электронных компасов могут быть весьма разнообразными. Однако все они содержат некоторые общие узлы уі блоки.

Возможный вариант структурной схемы электронного компаса приведен на рис, 3. Структурная схема электронного компаса содержит следующие основные узлы и блоки:

  • Два канала для измерения напряженности МПЗ по осям X и Y
  • Канал определения угла наклона устройства.
  • Микропроцессор
  • Блок ввода местоположения пользователя.
  • Блок памяти.
  • Интерфейс,
  • Графический и (или) цифровой индикаторы.
  • Стабилизированный источник питания.

Назначение основных узов и блоков

Каналы определения азимута. Представляют собой измерители напряженности магнитного поля Земли по осям X и Y. Выходной сигнал каждого канала выдается через АЦП в цифровой форме и поступает в микропроцессор. Конструктивно каналы могут быть реализованы в виде ИМС.

Канал определения угла наклона, Представляет собой устройство, определяющее угол наклона устройства относительно Земли. Задача данного канала заключается в вы работке специальной поправки в данные канала определения азимута, при углах наклона до ±45° относительно Земли.

Выходной сигнал данного канала выдается через АЦП в цифровой форме и поступает в микропроцессор. Конструктивно канал может быть реализован в виде ИМС.

Микропроцессор служит для обработки сигналов, поступающих с каналов определения азимута и угла наклона, выработки соответствующих поправок и передаче выходных данных, через интерфейс, на графический и цифровой индикаторы направления. Обычно реализуется в виде БИС. Блок ввода местоположения пользователя.

Предназначен для ручного («клавиатурного”) ввода информации о местоположении (например, страны или города) пользователя. Сигнал с этого блока поступает в микропроцессор, где сравнивается с фиксированной информацией о местоположении стран и городов, хранящейся в блоке памяти.

Блок памяти. Энергонезависимое электронное устройство, предназначенное для хранения сведений о географических координатах стран и городов. Может хранить данные о 500 и более объектах. Интерфейс или блок сопряжения.

Представляет собой электронное устройство, преобразующее выходной сигнал микропроцессора в форму, необходимую для работы графического и цифрового индикаторов.

Основную проблему при разработке электронных компасов составляет оптимальный выбор типа датчика или преобразователя магнитного поля (ПМП).

В качестве датчиков МП в таких устройствах могут использоваться различные типы преобразователей магнитного поля: магниторезисторы, высокочувствительные элементы Холла, магнитодиоды и магнитотранзисторы, магниточувствительные интегральные схемы, миниатюрные индуктивные и феррозондовые датчики и т.п.

Выбор типа ПМП осуществляется с учетом требуемых параметров и характеристик разрабатываемой аппаратуры, условий ее эксплуатации и целого ряда экономических факторов.

Основное требование, предъявляемое к ПМП, предназначенных для этих целей, — это высокая и явно выраженная координатная магнитная чувствительность.

В настоящее время наиболее широкое применение в составе электронных компасов получили тонкопленочные магниторезисторы и миниатюрные индуктивные датчики МП.

Принцип действия таких устройств рассматривается в работах [1,2,4,5]. Следует отметить, что разработка современного электронного компаса в “домашних условиях” представляет собой достаточно сложную задачу даже для квалифицированного радиолюбителя.

Однако, для понимания принципов работы и оценки возможностей подобных приборов, ниже рассматриваются два простейших варианта “электронного компаса», реализованных с применением магниточувствительной ИС, построенной с использованием элемента Холла.

М. Бараночников. г. Москва. E-mail: baranochnikov[a]mail.ru РМ-07-17.

Литература:

  1. Бараночников М.Л. Микромагнитоэлектроника. Том 1. — ДМК Пресс, Москва, 2001 г., 544 с.
  2. Wellhausen Н. Elecktronischer Kompab // Elektronic, 8/14, 4, 1987. — рр. 85 — 89.
  3. Бараночников М. Л. Микромагнитоэлектроника. Том 1. Том 2. — Лазерный диск. ДМК Пресс, Москва, 2002 г.
  4. Электронный компас, — Радиохобби, №2, 2002 г, с. 18.
  5. Бузыканов С. Применение магниторезистивных датчиков в системах навигации. — Chip news, №5, 2004 г., с. 60 — 62.

3D цифровой магнитный компас bwsight LEC315M, цифровой выход RS232/RS485/TTL опционально с Modbus

Our Services


 

1. As we have many different models, we can  recommend for you if you can tell us the follwing:

    (1) What’s the heading accuracy do you need? For example, 2deg,1deg,0.5deg.

    (2) RS232 RS485 TTL, which do you choose ?

    (3)Which equipment will you use this compass on ?

    (4)Except the angle changes, is the euqipment itself moving ?

 

2. If you choose RS232 or RS485 interface, we can provide free debugging software which can be installed on PC.



Company Information


Bewis is an university-industry cooperation company, focus on the inertial sensor, the product accuracy is from 0.2 degree to 0.001 degree, from the industrial to the military field,Bewis play an important role in China Market,products cover inclinometer,digital compass/IMU/AHRS/INS, concentrate on  MEMS and the Fiber Optical Gyroscopr field, we have customer like Siemens(Medical) /GE/GOLDWIND/AVIC/COMAC/Caterpillar etc.
We could offer the OEM/ODM service for you

 

 

  



FAQ


 

 

Q1: Which countries have you exported to  ?


A: Such as  Germany ( like Siemens), Sweden, Spain, USA, Australia, Saudi Arabia,UAE,Brazil,Indonesia,Malaysia,India,Russia,South Africa etc.

 

 


Q2: Which certifications have you gained?

A: We have  ISO, CE, ROHS at present. We can also apply E-mark and UL if you need.

 

 


Q3: Do you support customization?

A: Yes,it’s no problem as our researchers account for 50% of the total and we have already customized for many famous companies like Siemens .

Our typical customer

 


 


 



Q4: How can you get a sample?

A:  After you contact and reach an agreement with our company, the factory can normally make samples in 2-4 days. If you are our VIP customer, we will provide you with samples for free.

 

 

 Q5: What’s your Payment term?

A: T/T or  Paypal 




KVH Azimuth 1000

KVH Azimuth 1000 – надежный магнитный компас, выполненный в стильном корпусе. Большой яркий дисплей отображает информацию о курсе судна одновременно и в числовом виде и в виде шкалы. Устройство может передавать данные о курсе в формате 10Hz NMEA 0183 на радары, автопилоты, плоттеры и любые другие судовые устройства. Azimuth 1000 уже более 7 лет получает престижную премию «Best Electronic Compass» от National Marine Electronics Association.

Магнитный компас KVH Azimuth 1000 — это надёжный навигационный прибор в стильном корпусе. Устройство выводит информацию о курсе судна на большой дисплей высокой яркости одновременно в двух форматах: числовом и в виде шкалы. Также на дисплей выводится информация об ошибках и настройках.
Информацию о курсе цифровой компас KVH Azimuth 1000 может передавать посредством интерфейса NMEA 0183 на другие судовые приборы, например, автопилоты, радары, плоттеры.
Надёжность и высокие потребительские качества этого навигационного устройства подтверждаются престижной премией «Best Electronic Compass» от National Marine Electronics Association, получаемой уже на протяжении 7 лет.

Цифровой компас KVH Azimuth 1000 следует устанавливать в таком месте, которое было бы хорошо видно рулевому, управляющему судном. Также подходит любое место, где установлен обычный компас с картушкой, или точка, в которой Вам необходимо иметь данные компаса.

Цифровой компас KVH Azimuth 1000 менее чувствителен к наводкам от металлических предметов, чем традиционные компасы. С помощью процедуры автоматической компенсации может быть компенсировано любое отклонение азимута (до 30о по любому азимуту), создаваемое металлическими предметами, находящимися вблизи компаса.

Характеристики цифрового компаса KVH Azimuth 1000 :
Допустимая влажность 0%–100%
Компас KVH Azimuth 1000 с кабелем 12 унций (340 г)
Стандартный выход NMEA 0183
Текущая потребляемая мощность 75 мА с выключенной подсветкой; 135 мА с включенной подсветкой
Точность +/- 0.5
Требования к входному напряжению 12 В пост. тока
Уровни damping выбирается от 0 до 9
встроенный датчик

KVH Azimuth 1000 — судовой магнитный компас, отличающийся высокой точностью (±0,5° после автоматической компенсации). Модель поддерживает подключение к другому судовому оборудованию по NMEA0183. Благодаря своим функциям, качеству и дизайну идеально подойдет для использования на высокопроизводительных катерах.

Магнитный компас KVH Azimuth 1000 оснащен жидкокристаллическим дисплеем с подсветкой, обеспечивающей возможность использовать устройство и днем, и ночью. Azimuth 1000 сделает управление судном максимально простым, независимо от скорости или погодных условий.

Причины купить KVH Azimuth 1000:
ЖК-дисплей с подсветкой
Большие символы для удобства использования
Подключение по NMEA0183
Вывод данных о направлении на подключенные устройства
Простота установки
Разработан и произведен компанией KVH
Разработан в соответствии с военными стандартами качества
Автоматическая компенсация, обеспечивающая высокую точность

Как работает компас, в том числе в смартфоне или в более простом телефоне

На сегодняшний день человечество придумало множество различных моделей компасов. Они отличаются не только по устройству, но и по принципу работы. То, как работает, например, магнитный компас, сильно отличается от принципа действия компаса в смартфоне и телефоне, хотя в общем конечный результат их действия — показания — будут сходными.

Механические компасы — все они работают по одному принципу.

Каждая модель имеет свои достоинства и недостатки, благодаря чему под каждую конкретную ситуацию можно подобрать наиболее подходящий прибор.

Для примера рассмотрим принцип действия некоторых видов компасов.

Магнитный компас

В магнитном компасе основной элемент — магнитная стрелка — располагается вдоль силовых линий магнитного поля Земли — естественного гигантского магнита — и указывает на ее полюса.

Стрелка такого компаса выравнивается по направлению магнитных линий Земли.

Благодаря тому, что магнитные полюса находятся вблизи географических полюсов, на большей части поверхности Земного шара можно использовать магнитный компас для нахождения приблизительного направления на истинный север или юг, а по ним определять и все остальные стороны света.

Электронный (цифровой) компас

В этом виде компаса показания также определяются направлением магнитного поля Земли, однако в данном случае работает не стрелка, а специальное электронное устройство (магнитный датчик).

Такой компас не зависит от спутников и их видимости.

В отличии от магнитного компаса, это устройство потребляет электроэнергию от переносного аккумулятора или батареек.

Здесь стоит отметить, что цифровым компасом также иногда называют спутниковым, что не совсем верно. О спутниковом расскажем чуть позже.

Электромагнитный компас

Этот прибор также ориентируется на магнитное поле Земли, однако для того, чтобы он начал работу, необходимо движение его в пространстве. Ведь именно перемещение в магнитном поле рамки с обмоткой — основной детали электромагнитного компаса — генерирует электрический ток, который, в свою очередь, отражается в виде показаний на приборах, по которым и происходит сверка направления движения транспорта с заданным курсом.

Благодаря этой конструкции, данный прибор нечувствителен к магнитным девиациям, связанным с деталями транспорта, на котором он установлен. Однако для ориентирования по электромагнитному компасу обязательно нужно находиться в движении, ведь стоя на одном месте, электрические токи в катушках возникать не будут, а значит и замерять приборам будет нечего.

Радиокомпас

В радиокомпасе направление определяется не по магнитному полю, а по сигналу от радиостанции, местоположение которой известно заранее. На фото показан пример такого компаса, снятого с панели самолета:

Радиокомпасы нашли широкое применение в авиации, однако обладают рядом недостатков, связанных с возникновением больших ошибок в измерениях (более десятка градусов) из-за искажения радиосигнала. Сегодня их все чаще заменяют другими приборами для навигации, например, GPS-навигаторами.

Спутниковый компас

Спутниковый компас работает, получая сигналы от спутников. Такой прибор показывает направление на истинные полюса, то есть на географический север и географический юг.

Такой компас не будет работать в помещении или под землей, что ограничивает область его применения.

Показания этого компаса не зависят от магнитной аномалии и девиаций, однако он не будет работать, если сигнал спутника пропадет, либо закончится заряд источника электропитания. Именно такие устройства встроены в современные телефоны и смартфоны, и на том же Айфоне компас работает, принимая сигнал от спутников и указывая направления на разные стороны света. В большинство смартфонов изначально вшит GPS-приемник для расширения его функционала, а получая данные о местоположении телефона очень просто указать направления по сторонам света.

Гирокомпас

Работа гирокомпаса основана на способности гироскопа удерживать одно и то же положение в пространстве, независимо от поворота рамки, в которой он закреплен.

Гирокомпас, как и спутниковый компас, показывает географический север и независим от магнитных полей, создаваемых деталями транспорта, в котором он установлен.

Лучший компас для туризма

Для туризма наиболее подходящими можно считать три варианта — магнитные, электронные и спутниковые компасы — из-за их компактности. Однако, давайте разберемся, какой же вариант наиболее подходит для многодневного пребывания в дикой природе в экстремальных условиях.

Электронные и спутниковые компасы используются в новейших средствах связи — мобильных телефонах, смартфонах, айфонах, планшетах, а также в часах, что делает их постоянными спутниками современного человека. А это значит, что с большой долей вероятности такой прибор окажется при владельце, если тот попадет в аварийную ситуацию вдали от цивилизации. В этом большой плюс таких устройств.

Из всех приборов, которые всегда под рукой у человека, первый — телефон, и зачастую на нем имеется и GPS с функцией компаса.

Однако электронный компас проигрывает обычному магнитному, ведь для определения тех же магнитных полюсов в электронном варианте нужен источник электроэнергии, а в случае поломки электрический компас вряд ли удастся починить в условиях дикой природы. В то же время простой магнитный компас не нуждается в питании электрическим током и его можно быстро сделать из подручных средств.

Ну, а спутниковый компас в современном средстве связи — хоть вещь и нужная, но все же менее удобная, чем навигатор. Лучше установить на телефон не компас, а навигатор, который не только сориентирует владельца по сторонам света, но и сможет указать точное местоположение его на карте.

Раз уж такое функциональное устройство есть под рукой, ограничиваться только функцией компаса на нем не рационально.

Тем не менее, и в этом случае такое средство навигации будет обладать тем же недостатком, что и электронный компас, — зависимостью от электроэнергии и невозможностью ремонта в случае поломки. А ведь поломка может наступить в том числе и от падения или намокания телефона, если только он не оснащен специальной защитой, которой на большинстве телефонов нет.

Плюс такого цифрового компаса заключается также в его миниатюрных размерах и устойчивости к магнитным девиациям.

Кроме того, сигнал от спутника в некоторых случаях попросту не дойдет до устройства-приемника, что может привести к возникновению чрезвычайной ситуации. Например, в пещерах или катакомбах, где можно легко потеряться, использовать спутниковый компас не получится: не будет сигнала от спутника.Поэтому из всего разнообразия компасов на первое место все же нужно вынести магнитный, благодаря простоте его устройства и независимости от электропитания.

Далее разберемся в работе магнитного компаса — наиболее универсального и популярного устройства навигации в среде туристов, охотников и других людей, чья деятельность связана с пребыванием в дикой природной среде.

Работа с магнитным компасом

Магнитный компас помогает определить направление на магнитные север и юг, а также направление на выбранный объект относительно направления на север — азимут.

Поскольку магнитный компас реагирует на любое магнитное поле, то в большинстве случаев его стрелка указывает не на магнитные полюса Земли, о которых мы говорили здесь, а в сторону от них.

Это в первую очередь связано с магнитными девиациями, которые вызываются находящимися рядом намагниченными объектами.

Единственный способ снизить магнитные девиации в туристическом компасе — находиться на достаточном расстоянии от магнитных предметов (например, ножа, мобильного телефона или другого компаса), объектов (например, машины, самолета или судна) и источников электрического тока (например, линии электропередач). Хотя на морских судах магнитные девиации, связанные с деталями самого судна, устраняются с помощью специальных систем, оснащенных магнитами.

Также существуют области, в которых силовые линии магнитного поля Земли сильно отклоняются от подобных линий в соседних областях. Такие районы называются магнитными аномалиями. Стрелка компаса в этих областях также «врет».

Стоит заметить, что вблизи географических полюсов Земли, как в северном, так и в южном полушарии, в наше время компас может давать большие ошибки, вплоть до 180°, то есть самую большую ошибку из гипотетически возможных.

Я не зря сказал, что именно в наше время. Дело в том, что местоположение магнитного полюса (как южного, так и северного) непостоянно. Во-первых, на данный момент магнитные полюса не совпадают с местоположениями географических полюсов, а во-вторых, местоположение магнитных полюсов меняется со временем, причем движется непредсказуемо, изменяя как направление движения, так и скорость. Поэтому нельзя исключать возможности, что рано или поздно в какой-то момент времени оно совпадет с положением одного из географических полюсов Земли.

Магнитные полюса за всю историю Земли неоднократно диаметрально меняли свое местоположение, то есть вблизи северного географического полюса в разные времена был как северный магнитный, так и южный магнитный полюс.

Кроме того, из-за близости географических полюсов к магнитным полюсам в измерениях с помощью магнитного компаса могут возникнуть трудности по той же причине, по которой они возникают на самих магнитных полюсах.

В точках на земной поверхности, соответствующих магнитным полюсам Земли, магнитный компас не будет работать, поскольку силовые линии магнитного поля Земли в этих областях направлены строго вертикально. Точнее, работать-то он будет, но только, если его повернуть набок — магнитная стрелка в этом случае займет строго вертикальное положение, то есть как раз вдоль магнитных линий Земли.

Неисправность компаса

Давать неправильные показания может и неисправный компас, поэтому перед тем, как отправиться в путешествие каждый взятый с собой прибор нужно проверить на исправность.

Для этого к компасу сбоку подносится намагниченный предмет, например, нож, пока стрелка компаса не отклонится в сторону. После того, как объект, вызывающий магнитную девиацию, будет устранен, стрелка должна вернуться в прежнее положение. То же самое необходимо проделать, поднося намагниченный предмет с другой стороны.

Если стрелка после всех манипуляций вернулась на прежнее место, такой компас будет работать правильно. Если же не вернулась, то таким компасом пользоваться нельзя: он неисправен.

Работает ли магнитный компас за пределами Земли

Многие звезды, планеты и их спутники обладают магнитным полем, однако зачастую магнитное поле настолько слабо, что не способно повлиять на стрелку магнитного компаса. Более же чувствительные приборы улавливают даже столь незначительное проявление магнетизма, но сейчас речь не о них.

Так, например, на Луне скорее всего не удастся использовать магнитный компас для ориентирования, поскольку магнитное поле Луны очень слабо.

То же самое касается открытого космоса на большом удалении от небесных тел. Здесь магнитные поля, как правило, настолько малы, что не способны сдвинуть стрелку магнитного компаса с места.

Последнее утверждение справедливо только для магнитного компаса, находящегося вдали от бороздящего просторы космоса космического корабля. На МКС показания компаса целиком будут зависеть от магнитных девиаций, вызванных исключительно деталями самой космической станции.

С другой стороны, не стоит забывать, что даже на тех планетах, где магнитное поле не меньше, а то и больше, чем на Земле, магнитные полюса периодически меняются местами, и направление на магнитный полюс с большой вероятностью не совпадет с направлением на географический полюс. В принципе, как и говорилось ранее, у Земли та же «беда», и то, что мы имеем возможность сегодня использовать магнитный компас для приблизительного определения направления на географические полюса, можно сказать — просто счастливое совпадение.

Таким образом, говоря о магнитном компасе, как об основном средстве навигации для туриста, всегда нужно помнить об ограничениях в его работе, которых, к счастью не так много. В большинстве случаев магнитный компас при корректном его использовании поможет людям сориентироваться в пространстве, при наличии карты — определить свое местоположение, а также найти направление для дальнейшего движения, в том числе и для того, чтобы в аварийной ситуации наиболее быстро выйти к людям.

Если же в аварийной ситуации у человека не оказалось ни навигатора, ни компаса, ни металлических предметов, из которых можно было бы его изготовить, тогда остается ориентироваться по так называемому солнечному компасу — гномону.

Автор: Максим Чечетов

Узнайте также:

Горизонткомпас магнитный электронный ДС-83 Горизонт

Горизонткомпас магнитный электронный ДС-83 «Горизонт» разработан и производится Чебоксарским научно-производственным приборостроительным предприятием ‘ЭЛАРА’. Компас соответствует всем современным требованиям, обладает высокой точностью и надежностью. Имеет небольшие габариты и может устанавливаться на любых надводных морских и речных судах (в том числе и с динамическими принципами поддержания).

    Преимущества компаса ДС-83 «Горизонт»:
  • Автоматизированная компенсация магнитной девиации
  • Выдача информации о курсе, углах крена и дифферента через серийный интерфейс в соответствии с международным стандартом
  • Возможность ввода магнитного склонения
  • Малая потребляемая мощность
  • Малые габариты
  • Высокая надежность
  • Простота обслуживания
  • Регулировка яркости свечения индикаторов
    Базовый комплект компаса ДС-83 «Горизонт» состоит из:
  1. Блока управления и индикации ДС-83-1 — 1 шт.;
  2. Блока датчиков ДС-83-2 — 1 шт.
  3. Компас ДС-83 «Горизонт» может поставляться как в базовой конфигурации, так и вместе со следующим оборудованием:
  4. Репитер курса РК-83
  5. Репитер углов качек РУК-83
  6. Усилитель линии передачи данных УЛПД
  7. Блок бесперебойного питания ББП-24-1.

Через усилитель линии передачи данных (УЛПД) к компасу ДС-83 «Горизонт» можно подключить до 8 (Восьми) репитеров (типа РК-83, РУК-83 или 19РШ производства ОАО «Пермская Научно-производственная приборостроительная компания»).

    Компас ДС-83 «Горизонт» обеспечивает:
  1. автоматизированное определение и компенсацию магнитной девиации (в режиме «Калибровка») в процессе одной замкнутой циркуляции;
  2. сохранение параметров склонения и калибровочных коэффициентов в энергонезависимой памяти;
  3. выработку курса от 80° северной широты до 80° южной широты
  4. работоспособность с навигационной системой через серийный интерфейс в соответствии с международным стандартом — 61162-2.
    Компас ДС-83 вырабатывает значения:
  1. магнитного курса;
  2. истинного курса;
  3. отклонения от фиксированного курса;
  4. угла крена;
  5. угла дифферента;
  6. признака магнитной аномалии.
Компас ДС-83 «Горизонт» сертифицирован Российским Морским Регистром Судоходства и Российским Речным Регистром в качестве путевого магнитного компаса.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Диапазон измерений
магнитный курс (с дискретностью 0,1° и 1,0°) 0°…360°
угол крена -45°…+45°
угол дифферента -45°…+45°
Пределы вводимого в прибор значения магнитного склонения -180°…+180°
Время вычисления магнитного курса, с (max) 0,3
Вид представления информации
Цифровая и квазианалоговая шкала на светодиодных индикаторах  
Последовательный цифровой код в формате IEC-61116-2  
Время сохранения параметров склонения и калибровочных коэффициентов в энергонезависимой памяти прибора после выключения питания 1 год
Электропитание, В (постоянного тока) 24
Потребляемая мощность, Вт (max) 18
Диапазон рабочих температур
ДС 83-1 -15°…+55°
ДС 83-2, блок датчиков -40°…+55°
Погрешность измерения магнитного и истинного курса
при углах качки 0° +/-1,0°
при углах качки 22,5° +/-5,0°
Погрешность измерения углов крена и дифферента
при углах качки 0°…10° +/-0,8°
при углах качки 10°…22,5° +/-2,0°
при углах качки 22,5°…45° +/-7,0°

как работают цифровые компасы

Как работают цифровые компасы?

Большинство цифровых компасов имеют встроенный микроконтроллер , который вычитает магнитное поле автомобиля (искажение) из более сильных магнитных полей земли , что обеспечивает высокую точность показаний компаса. …23 августа 2013 г.

Как работает цифровой компас в мобильном телефоне?

Функциональность компаса в телефонах и планшетах обеспечивается чем-то более сложным — датчиком, называемым магнитометром, который используется для измерения силы и направления магнитных полей .Анализируя магнитное поле Земли, датчик позволяет телефону довольно точно определять его ориентацию.

Действительно ли работают приложения компаса?

В отличие от других компасов, которые хорошо работают только в одном полушарии, бесплатное приложение Compass 360 Pro работает в любой точке мира . … Основные недостатки приложения Compass 360 Pro Free заключаются в том, что оно работает только с устройствами Android, которые имеют магнитный датчик, потребляют много заряда батареи и содержат рекламу.

Как работает электрический компас?

Он использует датчик Холла для обнаружения слабых магнитных полей (геомагнетизм) и, в отличие от обычного компаса, датчик Холла электрически измеряет направление и величину магнитного поля в горизонтальной плоскости для расчета азимута.

Как на самом деле работает компас?

Компас работает , обнаруживая естественные магнитные поля Земли . … Это позволяет игле лучше реагировать на близлежащие магнитные поля. Поскольку противоположности притягиваются, южный полюс стрелки притягивается к естественному магнитному северному полюсу Земли. Так мореплаватели умеют различать север.

Как пользоваться компасом онлайн?

Возьмите компас и держите его горизонтально перед собой. Убедитесь, что стрелка направления движения указывает прямо вперед.Затем вращайтесь, следя за магнитной стрелкой. Когда красный конец точно совпадет с ориентирующей стрелкой, остановитесь.

Является ли магнитометр компасом?

Самый простой, магнитный компас , также известный как просто магнитометр, отслеживает ориентацию магнитной стрелки в магнитном поле Земли так же, как традиционный компас.

Влияет ли металл на цифровые компасы?

В вашем телефоне Android есть магнитометр? Да, шансов, что это так же, как и у большинства Android-устройств .Даже если у вас старый или дешевый телефон, внутри него наверняка есть магнитометр. И есть много приложений, которые используют этот магнитометр для отображения цифрового компаса на экране вашего телефона.

Компас работает в помещении?

Причина, по которой производитель говорит, что компас «не работает» в помещении , заключается в том, что в помещении могут быть различные источники магнитного поля. Компас по-прежнему хорошо работает, показывая, в каком направлении идут северные линии магнитного поля, но это направление может иметь мало общего с магнитным полем Земли.

Какое лучшее приложение для компаса?

Лучшие приложения компаса для Android

  • Цифровой компас от Axiomatic.
  • Программный компас Fulmine.
  • Просто компас.
  • кВт Цифровой компас.
  • PixelProse SARL Компас.
  • Бонус: стальной компас 3D.

Что такое цифровой магнитный компас?

Цифровой магнитный компас состоит из магнитометра, который использует магнитное поле Земли для указания направления .… Выход любого магнитометра будет комбинацией магнитного поля Земли и любых других магнитных полей, присутствующих вокруг.

Всегда ли компасы указывают на север?

Хотя компас — отличный инструмент для навигации, он не всегда указывает точно на север . Это связано с тем, что магнитный Северный полюс Земли не совпадает с «истинным севером» или географическим Северным полюсом Земли. … По мере изменения магнитного поля Земли магнитный Северный полюс перемещается.

Как узнать направление по компасу?

Компас имеет магнитную стрелку , которая может свободно вращаться.Когда компас держится на месте, магнитная стрелка выравнивается в направлении север-юг. … Красная стрелка компаса называется Северным полюсом, а другой конец называется Южным полюсом, и это помогает компасу стрелять в нас, чтобы найти направления.

Указывает ли компас на вашу кровать?

Компас — полезный инструмент в игре, который указывает на точку возрождения мира, когда вы находитесь в обычном мире. … ПРИМЕЧАНИЕ: Когда вы спите в постели, ваша личная точка возрождения сбрасывается, ОДНАКО, компас по-прежнему будет указывать на мировую точку возрождения.

Как работает компас для чайников?

Как найти истинный север по компасу?

Чтобы найти истинный север, поверните безель на ту же величину и направление, что и значение склонения . У большинства компасов есть отметки градусов на безеле, которые помогут вам в этом. Затем совместите иглу и стрелку-ориентир, снова повернув тело. Теперь вы должны смотреть на истинный север!

Как пользоваться компасом для начинающих?

Как читать по компасу новичку?

Откуда ты знаешь, где север?

Поставьте левую ногу на «W», а правую на «E» , чтобы найти север.Когда вы находитесь в этом положении, ваша передняя часть будет смотреть на север, а ваша спина будет смотреть на юг. На этом компас закончен. Север, на который вы смотрите, — это истинный север, потому что вы использовали солнце, а не магнитное поле Земли.

Что такое электронный компас?

Электронный компас представляет собой комбинацию магнитометра, датчиков наклона и дополнительных акселерометров и гироскопов , которые обеспечивают ориентацию и измерения в растущем числе приложений.

Как используются магнитометры?

Магнитометры широко применяются для измерения магнитного поля Земли , в геофизических исследованиях, для обнаружения магнитных аномалий различного типа, для определения дипольного момента магнитных материалов.В системе отсчета ориентации и курса самолета они обычно используются в качестве эталона курса.

Что такое электронный компас в мобильном телефоне?

Электронный компас является важным датчиком для смартфонов и планшетов , поскольку он поддерживает выравнивание дисплея с ориентацией пользователя. … Электронный компас MXG1300 предлагает привлекательное дизайнерское решение с драйвером ОС Android, алгоритмами компаса и поддержкой сканирования магнитного поля.

В каком месте стрелка компаса не работает как пеленгатор?

Место, где компас не работает как пеленгатор, это Север

Почему в компасе используется магнитная стрелка?

Таким образом, в компасе магнитная стрелка используется для указания географического направления на север, ориентируясь в направлении магнитного Южного полюса Земли .

Кому нужен компас?

Помимо навигации, компас используется в строительстве для обозначения ориентиров и границ, а также для измерения горизонтальных и вертикальных линий на картах. Компас является ценным инструментом, используемым в вооруженных силах США , а также в горнодобывающей промышленности для помощи в подземной навигации.

Что может испортить компас?

Объекты, которых следует избегать, включают наручные часы, ключи, столы с металлическими ножками или стальными винтами , мобильные телефоны и даже очки в тяжелой оправе.Многие геологические образования и, если уж на то пошло, многие горные породы намагничены и могут влиять на показания компаса, как и линии электропередач.

Могут ли компасы испортиться?

Хороший компас прослужит долго . Тем не менее, некоторые вещи могут пойти не так с компасом: пластиковые компоненты могут сломаться или корпус может дать течь. … И очень редко намагниченность стрелки компаса может измениться, так что южный конец теперь указывает на север.

Как компас может ошибаться?

Однако стрелка компаса является хрупким магнитным инструментом, и полюса могут поменяться местами, если компас находится в тесном контакте с другим магнитом .Если это произойдет, вам нужно будет повторно намагнитить компас с помощью сильного магнита.

Как использовать телефон в качестве компаса?

Как определить направление без компаса?

Где мой компас на этом телефоне?

Откройте приложение Google Maps, убедившись, что синий круглый значок местоположения вашего устройства находится в поле зрения. Нажмите на значок местоположения, чтобы получить дополнительную информацию о вашем местоположении. Внизу нажмите кнопку «Калибровка компаса» .Это вызовет экран калибровки компаса.

Как калибровать электронный компас?

Калибровка цифрового компаса — довольно простая задача.

  1. Переведите компас в режим калибровки. …
  2. Ручной компас: обеими руками держите прибор на ровной поверхности и, вытянув руки, медленно сделайте два оборота вокруг себя в течение 10–20 секунд.
  3. Автокомпас: установите компас на место.

Как калибровать магнитный компас?

Кнопка «Вернуться к началу»

Как работает цифровой компас?

Электронный компас, например, производимый Brunton Compasses, использует запатентованную технологию магнитных датчиков, которая была впервые разработана PNI, Inc. для вооруженных сил США. Эта технология называется «магнитоиндуктивной» и является крупнейшим достижением в технологии компаса с тех пор, как 60 лет назад был изобретен полный затвор. Магнитоиндукционная технология способна электронным образом определять разницу в магнитном поле Земли от помех, вызванных внешними элементами, такими как ферромагнитные материалы, и магнитным полем, создаваемым автомобильными электрическими системами.Большинство цифровых компасов имеют встроенный микроконтроллер, который вычитает магнитное поле автомобиля (искажение) из более сильных магнитных полей Земли, что обеспечивает очень точные показания компаса.

Установка компаса

Работа компаса во многом зависит от места его установки. Компас полагается на магнитное поле Земли, чтобы определить направление. Любые искажения магнитного поля Земли другими источниками, такими как массивные железные компоненты автомобиля, должны быть компенсированы, чтобы определить точный курс.Источниками магнитных полей в любом автомобиле являются постоянные магниты, главным образом в динамиках, двигателях, электрические токи, протекающие по его проводке — постоянного или переменного тока, а также ферромагнитные металлы, такие как сталь или железо. Влияние этих источников помех на точность электронного компаса можно значительно уменьшить, поместив компас подальше от них.

Некоторые эффекты поля можно компенсировать путем калибровки компаса для определенного местоположения с точки зрения магнитных помех.Однако не всегда возможно компенсировать изменяющиеся во времени магнитные поля; например, помехи, вызванные движением магнитных металлов, или непредсказуемый электрический ток в близлежащих линиях электропередач. Магнитное экранирование можно использовать при сильных помехах поля от двигателей или громкоговорителей. Лучший способ уменьшить помехи — это расстояние. Кроме того, никогда не помещайте компас в металлический корпус с магнитным экраном.

Ошибки наклона компаса

Ошибки курса из-за наклона в некоторой степени зависят от географического положения.На экваторе ошибки наклона менее критичны, так как поле Земли находится строго в горизонтальной плоскости. Это обеспечивает большие показания X и Y и небольшую коррекцию компонента Z вблизи магнитных полюсов, ошибки наклона чрезвычайно важны, поскольку поле X, Y меньше, а компонента Z больше. Ошибки наклона также зависят от направления.

Искажения магнитного поля

Ближайшие железные материалы — еще одно соображение, связанное с неточностью курса. Поскольку курс основан на направлении горизонтального поля Земли, цифровой компас должен иметь возможность измерять это поле с меньшим влиянием других близлежащих магнитных источников или возмущений.

Величина возмущения зависит от материала платформы и соединителей, а также от движущихся поблизости железных предметов. Когда железный объект помещается в однородное магнитное поле, он создает помехи, как показано на этом рисунке. Этим объектом может быть стальной болт или скоба рядом с компасом или железная дверная защелка рядом с компасом. Конечным результатом является характерное искажение или аномалия магнитного поля Земли, которая уникальна для формы объекта.

Магнитные искажения можно разделить на два типа — эффекты жесткого железа и эффекты мягкого железа. Искажения из твердого железа возникают из-за постоянных магнитов и намагниченного железа или стали на платформе компаса. Эти искажения останутся постоянными и в фиксированном месте относительно компаса для всех ориентаций курса. Эффекты твердого железа добавляют компонент поля постоянной величины вдоль каждой оси выходного сигнала датчика. Это проявляется как смещение начала круга, равное возмущению твердого железа по осям Xh и Yh

.

Компенсация жесткого искажения железа обычно выполняется путем вращения компаса и платформы (вашего автомобиля) по кругу и измерения достаточного количества точек на круге, чтобы определить это смещение.Найденное смещение (X,Y) можно сохранить в памяти и вычитать из каждого показания. Конечным результатом будет устранение помех от твердого железа при расчете курса.

Искажение из мягкого железа возникает в результате взаимодействия магнитного поля Земли и любого магнитомягкого материала, окружающего компас. Как и материалы из твердого железа, мягкие металлы также искажают силовые линии магнитного поля Земли. Разница в том, что количество искажений от мягкого железа зависит от ориентации компаса.

Что такое истинный север?

Хорошо известно, что магнитные полюса Земли и ось ее вращения не находятся в одном и том же географическом месте. Они находятся примерно на 11,5 ° вращения друг от друга. Это создает разницу между истинным севером, или севером сетки, и магнитным севером, или направлением, которое укажет магнитный компас. Просто это угловая разница между магнитным и истинным севером, выраженная как восточное или западное отклонение. Эта разница определяется как угол отклонения и зависит от короткого времени работы компаса, что делает магнитный компас полезным инструментом навигации.

Калибровка компаса

Каждый метод калибровки связан с определенным физическим перемещением платформы компаса для измерения магнитного пространства, окружающего компас. Искажения твердого и мягкого железа будут варьироваться от места к месту на одной и той же платформе. Компас должен быть постоянно закреплен на своей платформе, чтобы получить действительную калибровку.

Конкретная калибровка действительна только для этого местоположения компаса.Если компас переориентируется в том же месте, требуется новая калибровка. Можно использовать компас без какой-либо калибровки, если нужна только повторяемость, а не точность.

(PDF) Интеграция цифрового магнитного компаса со стационарной наземной электронно-оптической мультисенсорной системой наблюдения

Датчики 2019, 19, 4331 17 из 18

11. Бекир, Э. Введение в современные навигационные системы; World Scientific Publishing Co. Pte. ООО: Сингапур,

2007.

12. Рипка П. Магнитные датчики и магнитометры; Artech House Inc.: Norwood, MA, USA, 2001.

13. Getzlaff, M. Основы магнетизма; Springer-Verlag: Berlin/Heidelberg, Germany, 2008.

14. Ленц, Дж. Э. Обзор магнитных датчиков. проц. IEEE 1990, 78, 973–989.

15. Карузо, М. Дж. Применение магнитных датчиков для недорогих систем компаса. В материалах симпозиума IEEE

по положению, местоположению и навигации, Сан-Диего, Калифорния, США, 13–16 марта 2000 г .; стр.177–184.

16. Карузо М.Дж. Применение магниторезистивных датчиков в навигационных системах. SAE: Приводы Sens. 1997,

SAE SP-1220, 15–21.

17. Карузо, М.Дж.; Братланд, Т .; Смит, CH; Шнайдер, Р. Новый взгляд на зондирование магнитного поля.

Sensors Magazine, 1998, 15(12), стр. 34-46

18. Li, W.; Ван, Дж. Магнитные датчики для навигационных приложений: обзор. Дж. Навиг. 2014, 67, 263–275.

19. Даличауч, Ю.; Ципотт, П.В.; Перри, А.Р. Магнитные датчики для приложений Battlefield. проц. SPIE 2001,

4393, 129–134.

20. Бьюкенен, А.; Финн, Калифорния; Любовь, Джей Джей; Уортингтон, EW; Лоусон, Ф.; Маус, С .; Окевунми, С .; Poedjono, B.

Геомагнитная привязка – Компас в реальном времени для бурильщиков наклонно-направленного бурения. Нефтепромысл. Ред. 2013, 25, 32–47.

21. Магнес, В.; Диас-Микелена, М. Будущие направления развития магнитных датчиков для космических приложений. IEEE

Trans. Магн. 2009, 45, 4493–4498.

22. Трейтлер, C.P.O. Магнитные датчики для автомобильных приложений. Сенсорные приводы 2001, 91, 2–6.

23. Перич Д.; Ливада, Б. Консоль оператора мультисенсорной системы: на пути к структурной и функциональной оптимизации

, Материалы 7-й Международной научной конференции OTEH 2016, Белград, Сербия, 6–7

, октябрь 2016 г.

24. Вуйич, С.; Ливада, Б. Оценка положения цели CEP50 с использованием электронно-оптических мультисенсорных систем наблюдения

.Материалы 8-й Международной научной конференции OTEH 2018, Белград, Сербия, 11–12 октября

2018.

25. Леляк П. Идентификация и оценка источников магнитного поля магнитного бортового детектора

Оборудованного самолета. ИРЭ Транс. Аэросп. навигация Электрон. 1961, 8, 95–105.

26. Лич, Б. Аэромагнитная компенсация как задача линейной регрессии. В информационной связи между прикладной математикой

и промышленностью II; Питер, В. Эд.; Academic Press: New York, NY, USA, 1980.

27. Олсен, Н.; Клаузен, Л.Т.; Сабака, Т.Дж.; Брауэр, П.; Мерайо, Дж. М.; Йоргенсен, Дж. Л.; Леже, Дж. М.; Нильсен, О.В.;

Примдал, Ф.; Рисбо, Т. Калибровка векторного магнитометра Эрстеда. Планета Земля. Космос 2003, 55, 11–18.

28. Гебре-Эгзиабхер, Д.; Элькаим, Г. Х.; Дэвид Пауэлл, Дж.; Паркинсон, Б.В. Калибровка бесплатформенных магнитометров

в области магнитного поля. Дж. Аэросп. англ. 2006, 19, 87–102.

29.Лю, Ю.; Ли, Х .; Чжан, X .; Фэн, Ю. Новый алгоритм калибровки трехосного бесплатформенного магнитометра

. Датчики 2014, 14, 8485–8504.

30. Луо, С.; Панг, Х .; Ли, Дж.; Чжан, В.; Чен, Д.; Пан, М .; Луо, Ф. Стратегия калибровки и проверка универсальности трехосевых магнитометров

. Измерение 2013, 40, 3918–3923.

31. Тебо, Э.; Финлей, CC; Бегган, CD; Алкен, П.; Обер, Дж.; Барруа, О .; Бертран, Ф .; Бондарь, Т .; Бонесс,

А.; Брокко, Л.; и другие. Международное геомагнитное эталонное поле: 12-е поколение. Планета Земля. Space

2015, 67, 79.

32. Barbert, G.W.; Арротт, А.С. История и магнетизм настройки компаса. IEEE транс. Магн. 1988, 24,

2883–2885.

33. Куинн, П. Ранние разработки в области коррекции магнитного компаса. Морское зеркало 2001, 87, 303–315.

34. Дерфлер, Р. Магнитное отклонение: понимание, компенсация и вычисление. 2009. Доступно

онлайн: https://deadreckonings.files.wordpress.com/2009/04/ Magneticdeviationanddygograms.pdf

(по состоянию на 3 февраля 2019 г.).

35. Лушников, Э.; Плескач, К. Окончательное решение проблемы отклонения магнитных компасов. науч. J.

Mar. Univ. Щек. 2018, 53, 74–80.

36. Фэн В.; Лю, С. Алгоритм нелинейной калибровки, основанный на гармоническом разложении для двухосевых феррозондовых датчиков

. Sensors 2018, 18, 1659.

37. Wang, J.H.; Гао, Ю. Новый алгоритм калибровки магнитного компаса с использованием нейронных сетей.Изм. науч.

Техн. 2006, 17, 153–160.

38. Ге З.; Лю, С .; Ли, Г .; Хуанг, Ю .; Ван, Ю. Модель ошибки измерения геомагнитного поля и расширенный

метод компенсации на основе фильтра Калмана. PLoS ONE 2017, 12, e0173962.

(PDF) Цифровой магнитный компас и гироскоп для демонтируемого солдата Позиция и навигация

1

1

1

НАТО ГАЗИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АГЕНТСТВА ДАТЧИИ И ЭЛЕКТРОНИКА ГАНЕЗГОВЫЕ

Цифровой магнитный компас и гироскоп

для

Spreaked Soalthing Position и навигация

В.Ladetto1, J. van Seeters2, S. Sokolowski3, Z. Sagan4, B. Merminod1

Швейцарский федеральный технологический институт (EPFL) – ENAC-INTER, Геодезическая лаборатория (TOPO)

CH-1015 Лозанна, Швейцария.

WWW: http://topo.epfl.ch Эл. локализация пешехода довольно проста.Однако в городах или в помещении системы счисления пути

необходимы. Наше текущее исследование сосредоточено на разработке алгоритмов для пешеходной навигации

как в режиме постобработки, так и в режиме реального времени. Опыт показывает, что основной источник ошибок в определении местоположения исходит из ошибок в определении азимута ходьбы. При соединении магнитного компаса с недорогим гироскопом в конфигурации децентрализованного фильтра Калмана

преимущество одного устройства может компенсировать недостаток другого.

Если сравнить скорость изменения обоих сигналов при измерении напряженности магнитного поля, то можно обнаружить

и компенсировать магнитные возмущения. При отсутствии таких возмущений непрерывное измерение азимута

позволяет оценить и компенсировать смещение и масштабный коэффициент гироскопа. Надежность внутренней и внешней навигации

значительно повышается благодаря избыточности информации. Многочисленные тесты, проведенные с различными субъектами

и в различных средах, подтверждают этот подход, а также необходимость специальных аппаратных компонентов

, предназначенных для пешеходной навигации.

Введение

Армия США долгое время развивалась за счет применения технологий, превращаясь в

гибкую, гибкую, гибкую, гибкую, смертоносную и устойчивую силу, которой она и является сегодня. Было признано, что эпохальные достижения в технологии

, применяемые для решения задач армии, приобретают определенные характеристики, такие как менее частый сдвиг парадигмы

, который вводит новые измерения в возможности, такие как танк или вертолет, для более типичного эволюционного развития

более способные платформы, такие как основной боевой танк Abrams, заменяющий M-60, или ударный вертолет Apache

, заменяющий Cobra.Сегодня новые концепции, которые объединяют возможности отдельных платформ и

распространение информации, формируют будущее армии, обещая еще большую эффективность в ведении войны

и поддержании мира. Хотя внедрение информации не является чем-то новым для армии, поскольку доминирование информации уже давно ценно для бойцов, применение технологии для интеграции сил таким образом, чтобы обеспечить своевременное распространение и представление информации. и легко усваиваемая форма была проблемой для армии.

Армия начала массовую трансформацию из Legacy Force в Objective Force, которая включает в себя

и критически зависит от интеграции информации. Это усилие можно рассматривать как смену парадигмы, которая захватывает

новое измерение ведения войны, объединяющее разрозненные платформы, которые позволяют платформе и командиру получать более четкую

информацию о ситуации. В Сухопутных войсках сухопутных войск спешенный солдат рассматривается как полностью интегрированная платформа

с соответствующей осведомленностью о ситуации и возможностями управления и контроля.Подразумеваемая в

способность спешенного солдата заключается в его способности самостоятельно обнаруживать, отправлять, получать и отображать ситуацию, а также управлять

и контролировать информацию.

Пешие солдаты действуют во все более сложных и враждебных условиях и сталкиваются с

растущим смертоносным оружием вражеских сил. Военные операции в городской местности (MOUT) — это среда

, для работы в которой потребуются небольшие подразделения. Спешенный солдат должен будет использовать несколько новых технологий

для самостоятельного обнаружения, сбора, сопоставления и эффективной передачи информации в этих приложениях.

Потребности пеших солдат превышают современные требования из-за окружающей среды, в которой они действуют, и

крайних ограничений по размеру, весу и мощности. Надежная и точная осведомленность о ситуации жизненно важна для

пеших операций. Способность каждого спешенного солдата сохранять и распространять информацию о своей позиции

имеет важное значение для обеспечения надежной и точной осведомленности о ситуации. Современные решения для счисления пути

требуют точных указаний вхождений (шагов), точного измерения размера шага и азимута сделанного шага

.Внедрение цифрового магнитного компаса для измерения азимута появления ступеней в средах

, где локальное магнитное поле искажено, напрямую влияет на точность решения для счисления пути. This

1 Швейцарский федеральный технологический институт, Лозанна 3 CECOM RDEC/C2D, США

2 Leica Vectronix AG, Швейцария 4Vendôme Technologies, Франция

News/PNI TURKEY

О PNI

Продукты и технологии PNI используются ведущими мировыми компаниями в приложениях, где требуется высокая степень точности, постоянная надежность и низкое энергопотребление.Наша продукция включает в себя высокопроизводительные геомагнитные датчики, сопроцессоры определения местоположения и движения, сенсорные модули военного уровня, алгоритмы объединения датчиков и комплексные сенсорные системы. .

TargetPoint TCM гиростабилизированный цифровой магнитный компас

BНовый гиростабилизированный цифровой магнитный компас TargetPoint TCM — точное определение курса в любых условиях

TargetPoint TCM включает в себя магнитометры, акселерометры и гироскопы для непревзойденной производительности в реальных условиях.Он сочетает в себе высокочувствительные магнито-индуктивные датчики PNI с новейшим высокостабильным 3-осевым акселерометром MEMS и 3-осевыми гироскопами MEMS, обеспечивающими точную ориентацию во время движения и в сложных магнитных условиях. TargetPoint TCM отлично работает в условиях, которые вызывают ошибки традиционных цифровых магнитных компасов.

Основные характеристики
  • Запатентованные алгоритмы подавления магнитных аномалий устраняют ошибки из-за магнитных искажений,
    даже в агрессивных магнитных средах
  • Гиростабилизированный компас для динамической точности менее 0.5 градусов точности курса
  • Доступны несколько методов калибровки, облегчающие калибровку для всех приложений.
  • без ITAR
  • Датчик компаса

    — принцип работы и применение

    С незапамятных времен навигация помогала развитию цивилизаций.Были открыты новые места, началась торговля, и все это стало возможным, когда люди начали перемещаться из одного места в другое. Были также изобретены новые методы, облегчающие навигацию. С течением времени средства навигации развивались и модернизировались. На протяжении всех этих меняющихся лет одна технология, которая оставалась неизменной, чтобы помочь в навигации, — это компас. Сегодня компас сильно модернизирован и применяется для новых приложений. Были разработаны как аналоговые, так и цифровые формы компаса.Датчик компаса также можно найти в смартфонах и многих мобильных устройствах.


    Что такое датчик компаса?

    Изобретение компаса относится ко II веку. Его использовали китайцы для гадания и выравнивания строительных материалов при строительстве. В 11 веке люди начали использовать компас для определения направления во время навигации.

    Датчик компаса

    — это устройство, функция которого заключается в определении правильного направления относительно северного и южного магнитных полюсов Земли.Стрелка компаса всегда указывает на геометрический север Земли. Это устройство использует принципы магнетизма для работы.

    Но эта магнитная сила земли настолько слаба, что раньше люди конструировали компас, подвешивая тонкую магнитную полосу. В компасе, присутствующем в смартфонах, магнит не используется как компонент, поскольку он создает помехи при общении.

    Цифровой датчик компаса

    Цифровой датчик компаса на самом деле представляет собой магнитометр, который может измерять магнитное поле Земли.Используя «эффект Холла» и рассчитывая сверхнизкочастотные сигналы, поступающие с севера или юга, этот датчик может рассчитать ориентацию и направление.

    Принцип работы

    Первый компас, использовавшийся в 11 веке, представлял собой простую конструкцию с чашей с водой, на которой плавала магнитная стрелка. Позже было разработано много улучшенных и надежных версий. Датчик цифрового компаса, который используется в смартфоне, основан на датчике магнитометра.

    Сопротивление магнитного датчика, присутствующего в магнитометре, изменяется пропорционально магнитному полю, присутствующему в определенном направлении. Магнитометр измеряет напряженность и ориентацию магнитного поля.

    Эта информация от магнитометра сохраняется ЦП в виде цифровых данных. Этот датчик всегда указывает на геометрический север. Компас, используемый в электрических устройствах, представляет собой твердотельный датчик. Обычно на устройстве присутствуют два или три магнитных датчика, с которых микропроцессор может считывать данные и определять ориентацию устройства.

    Датчик магнитного компаса

    Доступны две конфигурации датчиков компаса, основанные на принципе их работы. Это магнитный компас и гирокомпас. Магнитный компас содержит магнитный элемент для обнаружения магнитного поля. Этот магнитный элемент выравнивается с магнитными линиями магнитного поля Земли.

    Магнитный компас указывает на магнитный полюс Земли. Принимая во внимание, что гироскопический компас указывает на истинные полюса земли. Гирокомпас состоит из быстро вращающегося колеса.

    Приложения

    Датчики компаса

    были приняты Западной Европой и исламским миром для навигации в начале 11 века. Помимо навигации во время путешествий, сегодня этот датчик используется для самых разных целей.

    Датчик компаса

    — самый надежный прибор для навигации. местоположение и поиск направления. Треккерам очень полезно найти направление. Датчики компаса используются в авиации и военных приложениях. В строительстве датчик компаса используется для выравнивания строительного материала.

    Датчик компаса для дайверов, подводных лодок и морской пехоты — это повседневный инструмент.

    Датчик компаса в Andriod

    Чтобы получить функциональность Compass на Android, устройство должно иметь магнитометр. Приложение Датчик компаса. установленные на устройстве, используют данные, предоставляемые магнитометром, для расчета ориентации и направления и отображения цифрового компаса на экране. Благодаря этому телефон может определять север и автоматически поворачивать карту Google в соответствии с нашим физическим направлением.

    Поскольку этот датчик зависит от информации, предоставляемой магнитометром, получить датчик компаса без магнитного датчика невозможно. В такой ситуации можно получить информацию о направлении с помощью Google Maps, поскольку они работают с использованием GPS и не требуют магнитного датчика.

    Существует множество приложений для цифрового датчика компаса для Android. Для аппаратной установки многие цифровые магнитометры доступны на рынке в виде небольших ИС. Эти ИС легко взаимодействуют с микроконтроллерами.Эти датчики также нашли свое применение в робототехнике. Что происходит, когда датчик компаса используется рядом с ферромагнитными материалами?

    Что такое цифровой компас? (с картинками)

    В некотором смысле цифровой компас похож на аналоговый. Оба компаса используют магнитное поле Земли, чтобы определить, где север, и оба помогают байкерам, туристам, картографам и создателям троп знать, в каком направлении они движутся. Разница в том, что аналоговый компас может качаться из-за движения и может столкнуться с помехами от сильных магнитных источников, поэтому неточность является проблемой.Цифровой компас намного точнее и надежнее, потому что он будет использовать только Северный полюс в качестве направляющего механизма. Помимо серьезных туристов и прокладчиков маршрутов, военные также используют эти компасы для обеспечения максимальной точности.

    Путешественники могут использовать цифровой компас при навигации по диким тропам.

    Компас, будь то традиционный или цифровой, предназначен для того, чтобы помочь пользователям узнать, в каком направлении они движутся. Оба должны использовать магнитное поле Земли, чтобы определить, где север, и все остальные направления основаны на этом. С традиционным компасом, хотя он и может быть точным, с его работой возникает много проблем. Если поблизости есть залежи магнитного металла, или просто мощное магнитное поле, то компас будет считать залежи северным или будет бесцельно вращаться.Стрелка компаса также может колебаться, из-за чего он может показывать неправильное направление.

    Все компасы используют магнитное поле Земли для указания направления.

    Цифровой компас решает эти проблемы.Вместо дрожащей стрелки этот тип компаса имеет цифровой экран, который показывает четыре основных направления и четко сообщает пользователю, в какую сторону он смотрит. Экран легче увидеть, чем стрелку аналогового компаса, а сам компас гораздо точнее.

    Вместо определения направления на основе магнитных импульсов, которые могут быть неточными или случайными, цифровой компас определяет направление, используя Северный полюс в качестве ориентира.С этой целью компас обычно имеет некоторые функции глобальной системы позиционирования (GPS), которые могут быть доступны или недоступны пользователю. Наряду с этой функцией большинство цифровых компасов имеют дополнительные функции, такие как термометр, и могут использоваться для определения направления пешком, на воде или в воздухе.

    Цифровые компасы используются многими людьми и в разных отраслях, в основном из-за точности цифрового компаса по сравнению с традиционной моделью.Авиакомпании используют эти компасы, чтобы убедиться, что их самолеты летят в правильном направлении, а в автомобилях, у которых есть компасы, обычно есть цифровые компасы. Военные также используют цифровые компасы, чтобы гарантировать отсутствие неточностей во время боя или других ситуаций.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.