цифровой компас

Электронный компас (также известный как цифровой компас) использует измерение магнитного поля Земли для расчета курса, часто неэффективно дополняя его сигналом GPS или сетью. Благодаря своим преимуществам — малым размерам, низкому энергопотреблению, высокой точности и миниатюризации — он широко используется в области измерения магнитного курса, например, в БПЛА, на море и в автомобилях. Однако в эксплуатации электронный компас имеет и свои недостатки: он легко подвержен влиянию внешних магнитных помех и ошибок, что является основной причиной снижения точности измерений и ограничения его применения. Поэтому крайне необходимо изучить методы компенсации погрешности измерений электронного компаса. В настоящее время существует множество методов компенсации погрешностей измерений. Например, метод компенсационных коэффициентов в основном направлен на компенсацию динамических помех во время измерения, в то время как эффект компенсации статических помех невелик, и область его применения невелика. Другой пример — адаптивный метод компенсации, который требует от системы высокой точности компенсации в случае линейного или низкоскоростного движения; если система вращается быстрее, точность измерения значительно снижается, поэтому более требовательные сценарии применения делают этот метод не очень распространенным. В настоящее время, если для компенсации погрешности компаса используется только одна модель компенсации ошибок, это не может удовлетворить требованиям измерительной системы. В данной работе предложен алгоритм компенсации ошибок, основанный на гипотезе эллипса, который интегрирует принцип наименьших квадратов. Алгоритм позволяет эффективно компенсировать погрешность измерения электронного компаса и обладает такими характеристиками, как умеренные вычислительные затраты и широкая область применения.1. Анализ ошибок системы магнитного захода на посадку.При установке цифрового компаса в несущую конструкцию для измерения магнитного курса, погрешность измерения обусловлена ​​множеством факторов, которые можно условно разделить на две категории: первая вызвана собственной структурой системы, материалами, сборкой и другими причинами, включая ошибки компаса, установки и изготовления; вторая — ошибка сигнала ориентации, которая, хотя и не относится к самой системе измерения курса, но участвует в расчете параметров курса и также вызывает погрешность измерения. Поскольку погрешность компаса является наиболее сложной для контроля и оказывает наибольшее влияние на точность курса, в данной работе в основном анализируется именно погрешность компаса. Разница в показаниях компаса в основном состоит из горизонтальной компоненты магнитного поля жесткого железа и горизонтальной компоненты магнитного поля мягкого железа несущей конструкции. Многочисленные экспериментальные исследования показывают, что погрешность, вызванная магнитным полем жесткого железа на движущейся несущей конструкции, является периодической погрешностью, которую можно выразить формулой (1), и ее закономерность приблизительно соответствует синусоидальной кривой; погрешность, вызванная магнитным полем мягкого железа, может быть выражена формулой (2), и ее закономерность изменяется с изменением магнитного поля окружающей среды. Где ϕi — это величина угла курса, а A, B, C, D и E — коэффициенты погрешности. Из приведенного выше анализа погрешности компаса видно, что общая погрешность электронного компаса должна быть алгебраической суммой указанных выше погрешностей. Следовательно, объединим формулы (1) и (2), чтобы найти общую разницу. ∆ϕ  2. Компенсация ошибок методом наименьших квадратов.Метод наименьших квадратов (МНК) можно использовать для поиска наилучшего соответствия функции данным путем минимизации суммы квадратов ошибок. Легко получить неизвестные данные и минимизировать сумму квадратов ошибок между ними и фактическими данными. Метод наименьших квадратов также может использоваться для аппроксимации кривых и часто применяется для оптимизации данных. Метод наименьших квадратов позволяет оптимизировать аппроксимацию данных в смысле минимизации квадратичной дисперсии. Это математический метод оптимизации, который может компенсировать ошибку, вызванную влиянием магнитного поля внешней среды. В нормальных условиях ошибка измерения имеет определенную периодичность, поэтому более подходящим методом аппроксимации может быть метод тригонометрических функций, основанный на математической модели функции Фурье, с последующей коррекцией в соответствии с параметрами направления, предоставляемыми стандартным компасом. Ниже приведено краткое описание основных принципов метода наименьших квадратов. Когда необходимо определить соответствие между двумя переменными y и x на основе наблюдений, предполагая их линейную зависимость, значение y в момент времени t можно выразить следующим образом: Где H1, H2, ... Hn — n неизвестных параметров, которые необходимо определить, x1(t), x2(t), ... xt(t) — известные детерминированные функции, такие как синус и косинус функции t. Допустим, в моменты времени t1, t2, ... tn производится m измерений y и x, надеясь, что переменные y и x1(t), x2(t), ... xt(t) позволят оценить их значения. Тогда формула (4) может быть выражена в матричной форме: Y = X*H Используя метод наименьших квадратов, оценки наименьших квадратов коэффициентов ошибок A, B, C, D и E, показанные в формуле (3), получаются из известных измерений азимутального угла. ϕОшибка угла i и азимута ∆ϕКонкретные этапы расчета следующие: ① Применяется метод измерения погрешности в восьми точках. С учетом количества выборок, объема вычислительных данных и точности измерений, для проведения теста на погрешность курса были выбраны восемь точек с одинаковым угловым интервалом в диапазоне углов курса 360°, а именно 0, 45, 90, 135, 180, 225, 270 и 315°, и получено 8 наборов данных. ② Коэффициенты ошибок A, B, C, D и E получаются в соответствии с принципом наименьших квадратов. На основе проведенного анализа, при вычислении коэффициентов ошибок A, B, C, D и E методом наименьших квадратов, фактический ход носителя после коррекции ошибок может быть рассчитан по формуле, однако конкретное исследование и анализ здесь проводиться не будут. 3. РезюмеКомпания Micro-Magic специализируется на навигационной продукции. Помимо метода наименьшей ошибки, используются эллиптический метод компенсации ошибок и другие методы компенсации. В процессе исследований и разработок электронных компасов технология постепенно совершенствовалась, а теоретическая база укреплялась. Помимо постоянной оптимизации точности определения севера, в компасе реализованы функции компенсации наклона и другие возможности. Если вас заинтересовала наша продукция, приглашаем вас узнать больше о нашем недорогом 2D цифровом компасе C9-C и 40° Компенсация наклона, 3D-цифровой компас C90-B и многое другое — вы можете в любое время связаться с нашими профессиональными и техническими специалистами.C9-AВысокоточный трехмерный электронный компас с передовой технологией 3D-компенсации.C9-BЭлектронный двухмерный (2D) компас в режиме Modbus RTU для беспилотных летательных аппаратовC9-CВысокоточный двухмерный (2D) электронный компас на одной печатной плате, измеряющий азимутальные углы от 0 до 360 градусов.C9-DВысокоточный двухмерный (2D) электронный компас на одной печатной плате, измеряющий азимутальные углы от 0 до 360 градусов.  

  Электронный компас обладает своими уникальными преимуществами: он имеет небольшие размеры и малый вес, получение и обработка информации об азимуте происходит в режиме реального времени, а выходной цифровой сигнал делает его более удобным и простым в последующем использовании. В настоящее время разработка технологии цифровых компасов достаточно зрелая, поэтому они обладают определенными преимуществами в точности измерений и стоимости производства. В связи с широким практическим применением цифровых компасов, необходимо запустить в производство большое количество высокоточных и недорогих электронных компасов, пригодных для крупномасштабного промышленного производства.  В современном обществе разработка и исследование навигационных и ориентационных приборов имеют важное значение. С расширением освоения космоса человеком, поддержание стабильности, слежение и наведение, а также другие функции искусственных спутников, космических челноков, ракетных комплексов и различных платформ требуют поддержки навигационно-ориентационных технологий и соответствующих устройств коррекции ориентации. В целом, получение информации об ориентации и осуществление соответствующего управления ориентацией играют фундаментальную роль в различных научных исследованиях и инженерных разработках. Ввиду того, что геомагнитное поле мало изменяется в определенном временном диапазоне, можно считать, что геомагнитная информация в одном и том же месте фиксируется в течение короткого времени, и азимутальная информация, такая как угол курса и угол ориентации, может быть рассчитана электронным компасом на основе измеренной информации о геомагнитной интенсивности. 1. Основные характеристики геомагнитного поля Как основная физическая величина Земли, геомагнитное поле оказывает прямое воздействие на физические характеристики электрических и магнитных веществ в земной среде. Характеристики векторного магнитного поля Земли обеспечивают базовую систему координат для азимутальной информации, а использование геомагнитной информации для навигации является стабильным и надежным, не требующим получения внешней информации и обладающим хорошей маскировкой. Геомагнитное поле генерируется самой структурой Земли. В недрах Земли находится множество магнитных элементов и веществ, которые под воздействием экстремальных условий внутри Земли производят свободно движущиеся электроны. Эти свободные электроны приводят к улучшению проводимости между внутренним и внешним ядрами Земли, что приводит к потоку и движению свободных электронов между различными слоями. Это обеспечивает Земле в целом стабильное магнитное поле на макроуровне, что эквивалентно магнитному диполю с постоянным магнитным полем, существующим в центре Земли, в результате чего образуются северный и южный магнитные полюса. На рисунке 1 показана схематическая диаграмма распределения магнитного поля Земли.Единицей измерения интенсивности магнитной индукции является Тесла (Т), что соответствует гауссовой функции (Гс), а соотношение между ними выражается формулой 1Т = 10⁻⁴Гс. Единицей измерения интенсивности магнитного поля является А/м, а единицей измерения интенсивности магнитного поля является Остер (Э), что соответствует гауссовой функции, а соотношение между ними выражается формулой 1А/м = 4 Гс.π*10-3Oe В зависимости от степени стабильности магнитное поле Земли можно классифицировать на основное, переменное и аномальное. Основное магнитное поле охватывает большую часть магнитного поля, составляя более 90% от общего магнитного поля Земли. Основное магнитное поле также можно разделить на дипольно-индуцированное и недипольно-индуцированное, при этом дипольно-индуцированный эффект составляет основную часть, магнитное поле возникает из-за циркуляции железа и никеля в условиях высокой температуры и высокого давления, а недипольное поле в основном генерируется эффектом самовозбуждающегося двигателя. Само основное геомагнитное поле также изменяется, но период изменений очень велик, поэтому магнитное поле Земли в целом можно считать стабильным. Изменяющееся электромагнитное поле генерируется в ионосфере и магнитосфере Земли, и возмущения магнитного поля в основном связаны с солнечными изменениями, и изменяющееся электромагнитное поле можно разделить на стабильные изменения и интерференционные изменения. Спокойные изменения происходят в соответствии с солнечным или лунным календарем и в основном вызваны солнечным электромагнитным излучением или излучением частиц. Феномен магнитной бури — это явление геомагнитной интерференции в большом пространстве, основным эффектом которого является сильное изменение наземной векторной компоненты геомагнитного поля. Аномальное геомагнитное поле возникает из-за ферромагнитных свойств ферромагнитных материалов и может рассматриваться как постоянное векторное сложение на стабильном геомагнитном поле. 2. Анализ погрешностей электронного компаса Отклонение электронного компаса, также известное как компасное отклонение, — это погрешность результатов измерения, вызванная ферромагнитными помехами в окружающей среде во время работы компаса. Отклонение между результатами измерения и реальным значением может достигать десятков градусов без соответствующей компенсации, что объясняется слабой напряженностью магнитного поля Земли, составляющей всего 0,5-0,6 гаусс. Поэтому в результаты измерений цифрового компаса очень легко вносятся помехи, вызванные ферромагнитными факторами окружающей среды, и компас стал основным источником погрешности электронных компасов. Компас также можно разделить на компасы с помехами от твердого и мягкого железа. Помехи от твердого железа вызваны постоянными магнитными объектами или намагниченными объектами. Под воздействием внешнего магнитного поля общий магнитный момент объекта перестает быть равным нулю, что свидетельствует о наличии магнетизма. Создаваемая им напряженность магнитного поля может считаться постоянной и неизменной в определенном временном диапазоне, и этот постоянный магнитный материал сохраняет относительно стабильную остаточную напряженность магнитного поля даже после снятия воздействия внешнего магнитного поля. Таким образом, положение и интенсивность помех на компасе можно рассматривать как фиксированный и постоянный стабилизирующий эффект, и средства компенсации этого эффекта относительно легко реализовать. Краткое содержание  Компания Micro-Magic предоставляет инструменты и техническую поддержку для аэрокосмической, горнодобывающей, буровой и других инженерных отраслей. Современные электронные компасы серий C9000-A, C9000-B, C9000-C, C9000-D и другие модели обладают функциями компенсации мягкого и жесткого магнитного поля, что играет важную роль в повышении точности определения направления на север. Для получения более подробной информации о цифровых компасах вы всегда можете связаться с нашими специалистами.C9000-AМагнитный компас с компенсацией наклона, 3-осевой магнитный указатель курса и угла рыскания.C9000-BВысокоточный электронный компас для 3D-измерений во всех направлениях, использующий передовые алгоритмы калибровки по твердому и мягкому железу, с цифровым выходом.C9000-CКомпас с магнитоэлектрическим датчиком, гирокомпенсированный компас, 6-осевой компас, электронный датчик рыскания и курса.C9000-DВысокопроизводительный датчик направления для определения азимута антенной вышки. Недорогой датчик азимутального угла для измерения угла направления вышки.