Magnetometer im Weltraum
Sehen Sie, ich kaufe kürzlich ein Magnetometer, um mit Arduino zu experimentieren. Ich möchte mit dem Bau eines kleinen Fliegencomputers für einen Cubesat beginnen (dieser Cubesat hat einen Ionenmotor, also Schub). Ich beginne den Azimut des Magnetomenter zu lesen und alles war in Ordnung. Meine Frage ist: Was nützt ein Magnetometer in Fliegencomputern? dient dazu, den Norden als Kompass zu erfassen oder nur die Bewegung der X-Achse zu erfassen? und: ein Magnetometer arbeitet im Weltraum gleich wie auf der Erde? Ich denke nein, bcs nutzt das Magnetfeld der Erde, um zu erkennen, oder? Ich kaufe auch einen Beschleunigungsmesser + ein Gyroskop, damit ich weiß, wie ich den Rest der Bewegungsachse und der Geschwindigkeit erfassen kann. Deshalb finde ich diese Verwendung nur auf dem Magnetomenter.
Vielen Dank für jede Hilfe oder Dokument.
Antworten
Ich bin kein Experte in diesem Bereich, aber ich denke, dass dies soweit richtig ist. Ihre Frage bezieht sich auf die Verwendung eines Magnetometers im Weltraum mit Sensoren und Algorithmen im Arduino-Stil, daher kann ich einige Links bereitstellen, die hilfreich sein werden.
Auf der Erde in einem Gebiet wie einem Raum mit einem Flugradius von bis zu Kilometern versuchen die Menschen , mithilfe von Magnetometern eine Basislinie für ihren Algorithmus zu erstellen, die Kreiselsignale zur Bestimmung der Richtung verwendet.
Ein Strom von Signalen von einem Kreisel könnte Ihnen sagen, dass Sie in den letzten 5 Sekunden etwa 20 Grad ccw gedreht haben, aber "20 Grad von was?" ist die Frage. Die Antwort lautet "Von wo auch immer Sie vor fünf Sekunden gezeigt haben." Solange Sie nur mit Gyros fliegen, müssen Sie jede Änderung zur Liste der vorherigen Änderungen hinzufügen, um zu sehen, wohin Sie jetzt zeigen.
Gyros haben immer Fehler und Offsets, sie können denken, dass sie sich drehen, wenn sie es nicht sind, können nichtlinear sein und können Rotationen in verschiedenen Achsen falsch mischen oder Beschleunigungen als Rotationen falsch interpretieren, insbesondere diejenigen, die wir bei Hobbyprojekten verwenden.
Die Menschen wenden sich also an unseren Freund, die Erde und ihr stabiles Magnetfeld, weil sie dazu neigt, lokal in eine feste Richtung zu zeigen.
Wenn die akkumulierten Kreiselfehler zu stark von der Kompassrichtung abweichen, wird die Fluglage so gut wie möglich mit den Kompassinformationen kombiniert oder auf diese zurückgesetzt. Jeder Algorithmus ist anders.
Das Problem ist, dass der Kompass nichts über die Drehung um die Magnetfeldrichtung aussagen kann, die in mittleren Breiten diagonal aus dem Boden herausragt.
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Zum Glück gibt uns unser Freund, die Erde, auch ein zweites stabiles Feld, die Schwerkraft! 1 Wir können die Achse des lokalen Magnetfelds und die Achse des lokalen Gravitationsfeldes verwenden, um einen nicht rotierenden festen Rahmen zu erstellen.
Probleme:
Alle ferromagnetischen Materialien wie Eisen im Boden oder Felsen oder Gebäude (z. B. Bewehrungsstäbe in Stahlbeton) verzerren das lokale Magnetfeld.
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Und die Erde spielt auch mit ihrem Magnetfeld!
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wie andere Planeten!
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Mehr Hintergrund:
Die Implementierung von Gyros (manchmal zusammen mit Beschleunigungsmessern) zum absoluten Zeigen wird manchmal als Kreiselkompass bezeichnet.
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Beim großartigen Fliegen werden häufig mehrere unterschiedliche Datenströme aus sehr unterschiedlichen Quellen einbezogen. Bewegungserkennung und Mustererkennung von Bildverarbeitungssystemen werden von Insekten und Vögeln verwendet, und einige Drohnenflugalgorithmen, Radardoppler (Radio oder akustische Pings) (Radio, Audio) und Laserscanner für die Feldkartierung können und müssen auch auf Hobbyebene untersucht werden auch.
- zB Welche Wellenlängen werden am häufigsten in Laserscannern und LIDAR-Systemen verwendet?
1 Notiz als Beweis hinzugefügt; "Down" von der Schwerkraft ist für diejenigen im Orbit nicht verfügbar!
Das Magnetometer in Cubesats wird bei der Lagebestimmung im Allgemeinen zur Messung des lokalen Erdmagnetfeldvektors verwendet. Um den grundlegendsten Algorithmus zur Lagebestimmung (TRIAD) zu implementieren, benötigen Sie 4 Vektoren, die sich auf zwei physikalische Größen beziehen (normalerweise das Magnetfeld und die Sonnenposition), von denen zwei mit Sensoren und die anderen zwei mit Bezug auf die Umlaufbahnausbreitung 1 beobachtet werden .
Der Referenzsonnenvektor kann leicht archiviert werden, indem der Sonnenstand einer bestimmten Umlaufbahn geschätzt wird. Für die magnetische Vektorreferenz benötigen Sie die Umlaufbahninformationen und ein Erdmagnetmodell (wie das Weltmagnetmodell WMM oder das International Geomagnetic Reference Field - IGRF).
1 Für die Lagebestimmung müssen Sie im Wesentlichen einen Rotationsoperator (z. B. eine Kosinusmatrix) finden, der auf das am Satellitenkörper befestigte Koordinatensystem angewendet werden kann, um auf ein bestimmtes Trägheitsreferenzsystem (z. B. ECI - Earth-Centered Inertia) zu gelangen. Mit einem beschriebenen Vektor (Komponenten) auf beiden Koordinatensystemen ("Beobachtungsvektor" im Satellitenkörper und einem "Referenzvektor" im Referenzsystem) können Sie den Rotationsoperator bestimmen, jedoch mit einigen Mehrdeutigkeiten. Sie können mit zwei Vektoren arbeiten, die in den beiden Systemen beschrieben sind (zwei obs und zwei ref). Sie können diese Mehrdeutigkeiten auflösen