关于地球磁场,多旋翼GPS定点、回航你必须了解的知识 pixhawk gps定点飞行

近来在解答相关疑问时发现大家对地球磁场在GPS定点中的作用非常不了解,另外也不知道磁场为什么会被干扰。
下面就几个图示来说明,地球磁场在多旋翼飞控中,定点与返航的作用展开说明。以及一些基本的地球磁场知识,希望大家有用,减少相关事故产生。

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2013-7-10 01:13 上传



如上图,不管是回航还是定点,都可以理解为从一个点到另外一个点的过程。只是回航这2点的距离很长,而定点这2点的距离很小。从一个点到另外一个点,需要知道2个信息才能进行,一个是这2个点的位置,另外一个就是从这点到另外一个点的方向(走反了,就定点不住了)

在SuperX 这类多旋翼飞控系统中,位置的信息通过GPS得到,而方向信息通过罗盘得到。

关于地球磁场,多旋翼GPS定点、回航你必须了解的知识 pixhawk gps定点飞行
那么什么情况下,会不定点呢?
常规大家都会理解为丢卫星,因为卫星没了,就没办法提供位置信息,所以定点失效。SuperX在卫星没有时,或者卫星不够时红绿双闪,所以非常容易得到一个信息反馈,就是卫星是否丢了。但还有另外一个情况,也会定不住点,那就是罗盘提供的航向错了。原本应该A到B点的,结果越飞越远。

什么时候罗盘会提供错误的航向呢?
无非以下几种可能:
1:罗盘坏了(罗盘不工作,SuperX的黑匣子可以直接看到,数据恒定一般就是罗盘故障了)
2:罗盘就是一个电子指南针,依赖地球微弱的磁场工作。如果地球磁场被干扰,也会输出错误的航向信息。
在说清地球磁场被干扰前,还需要解释下地球磁场和干扰源


上图中是理想的情况下,磁场的指向图。一般在开阔地和高空中,可以有这样的环境。磁场非常干净。


但实际情况呢?没错,实际情况就不那么干净了,在建筑旁边,磁场是非常紊乱的(取决于建筑的大小和材质,以及建筑上的设备)。
这个时候你可能有疑问了,为什么你在建筑物旁边飞行还能定点,没有受影响呢?道理蛮简单的,因为干扰不够大。当磁场偏差几度,十几度的时候,定点还是可以进行的,只是定点可能不够稳定,会来回小范围的跑。再大一点就刷锅,再大一点就定不住了。

那如何避免相关干扰你?
其实避免的最好方式是躲开干扰。因为磁场是屏蔽不掉的。一方面,屏蔽掉磁场后,你的罗盘也不能工作了,因为罗盘就是检测地球磁场得到航向的。另外一方面,屏蔽磁性干扰的方法复杂。所以只能躲开干扰。几乎所有飞控说明书中都会说,要避开矿山、高楼、铁塔飞等飞行,都是指这类干扰罗盘的问题。

但飞行条件往往受限于环境,这个时候,就需要具备一些应急处理方法。SuperX在算法设计时就考虑了这样的问题,SuperX的传感器参与是梯度的。越高级的模式,传感器参与的越多。如GPS模式下,罗盘就是参与的。但是在姿态模式下,罗盘就不参与了。所以发生定点无法进行时,可以切到姿态模式。就可以避免GPS不必要的错误动作。



罗盘校准又是什么作用呢?
可能你会认为每到一个环境下,校准一次罗盘可以解决干扰问题。对于固定的干扰是的,但是对于环境变化的干扰却不是如此。
罗盘校准的作用是,把罗盘附近的固定干扰采集到。在计算出航向时,减去这些干扰。就可以得到正确的航向。请注意,这里是指固定的干扰,即这个干扰不能变化。那么什么样的干扰是固定的呢?比GPS罗盘模块支架上的铁质螺丝,就是固定的干扰;罗盘元器件下面的焊盘和周围的元器件干扰,就是固定的。这些都可以通过校准来解决。

那什么是不固定的呢?电机的干扰就不是固定的,转速不同,电机的干扰就不一样。电池导线的干扰也属于不固定,因为大电流的导体周围也会产生磁场干扰罗盘。GPS罗盘模块的支高、支远的作用,就是用一定的距离来避开这些变化的干扰。图传等由于发射大功率的无线电波,也会产生变化的磁场。所以也会干扰罗盘。

一个楼房,一座建筑的干扰本来是固定的,但是飞机在不停的变化位置,所以相对飞机来说,楼宇间飞行就是变化的磁场了。只要干扰够大,定点就会受到影响,通过校准罗盘是解决不了这个干扰的。。

最后,拿SuperX的黑匣子数据做下说明(SuperX内置了黑匣子功能,用户可以自行查看):

上图为地磁正常的飞行。(详细查看:http://www.xaircraft.com/blackbo ...3428.000_58.1.11.39)


上图为地磁不正常的飞行。(详细查看:http://www.xaircraft.com/blackbo ...3428.000_64.3.00.17)

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