Výška a přesnost spojení

Nano je postaven kolem velmi kvalitního tlakomeru, a na revizi 4 a novějších také čidla pohybu. Tato stránka vysvětluje, odkud jeho čísla pochází, jak přesná jsou, a několik věcí, které je mohou ovlivnit, abyste věděli, co očekávat od vašich dat.

Výška na Nanu pochází z měření tlaku vzduchu, a k tomu používá Bosch BMP581, jeden z nejpřesnějších barometrických čidel dostupných. Jedná se o 24bitový kapacitní čidlo s relativní přesností kolem půl metru a šumem tak nízkým, že může rozlišit změny nadmořské výšky o pouhých několik centimetrů. Jedná se o jedno z novějších kapacitních čidel společnosti Bosch, pokrok od piezorezistivní technologie používané v dřívějších konstrukcích, a právě tato změna mu dává výrazně nižší šum, mnohem nižší spotřebu energie a vyšší míru přenosu dat. Jednoduše řečeno, čidlo je daleko přesnější než atmosféra, kterou měří, je předvídatelná, takže je zřídka omezujícím faktorem vašich výsledků. Měří také svou vlastní teplotu a kompenzuje svá měření tlaku přímo na čipu, což mnohá jednodušší čidla nedělají a udržuje surový tlak přesným, když se čidlo zahřívá nebo ochlazuje.

Abychom získali co nejčistší možné čtení, provozujeme BMP581 na 80 Hz s 16násobným převzorkováním. To znamená, že pro každou hodnotu tlaku, kterou vydá, čidlo provede 16 interních měření a zprůměruje je, takže kolem 1 280 měření tlaku za sekundu vstupuje do dat. Převzorkování tímto způsobem si vezme surovou rychlost konverze za mnohem nižší šum, a na 80 Hz je stále dostatek rychlosti pro i rychlý vzlet. BMP581 lze převzorkovat až 32krát, ale 16 dává nejlepší vyvážení mezi šumem a rychlostí pro let.

Desky revize 3 a starší místo toho používají starší Bosch BMP390, čidlo s piezorezistivní technologií, pracující na 50 Hz s 8násobným převzorkováním, což je maximum tohoto čidla, pro asi 400 měření za sekundu. Stále se jedná o velmi schopné čidlo, a před přechodem na BMP581 bylo vyrobeno pouze malé množství raných desek.

Nano převádí měřený tlak na výšku pomocí mezinárodní standardní atmosféry, stejný model používaný v letectví a soutěžních letech. Předpokládá tlak na hladině moře 1013,25 hPa a teplotu 15 °C. Použití takového pevného standardu je záměrné: znamená to, že každý let a každý letec je měřen úplně stejným způsobem, což je to, co potřebují soutěžní rekordy.

Přesný převod je standardní atmosférický vzorec:

Zde temperature je teplota používaná v kalkulaci v °C, hpa_pressure je aktuální čtení z čidla, a sea_level_pressure je tlak na hladině moře. Na Nanu jsou teplota a tlak na hladině moře fixovány na standardní hodnoty výše, takže každý let je vypočítán úplně stejným způsobem. Je to stejný dobře zavedený vzorec používaný altimetry po celém hobbyistickém světě.

Existují dva způsoby, jak si představit výšku. Vaše nadmořská výška nad zemí, výška nad startovací rampou, je to, na čem se staví většina lidí, a je velmi spolehlivá, protože se Nano vynuluje na rampě a měří výstup od tam. Vaše nadmořská výška nad hladinou moře závisí na skutečném tlaku vzduchu v den, který se standardní hodnota 1013,25 hPa zřídka přesně shoduje.

V celém procesu je surový tlak čištěn naším filtrováním True Path, které odstraňuje příležitostné špičky a vyhlazuje stopu bez zpoždění za skutečným pohybem. Úplný detail, jak funguje True Path a jak jsou rychlost a apogeium vypočítány z vyčištěných dat, je na stránce True Path a apogeium.

Vaše výška je vždy měřena relativně k zemi, takže Nano potřebuje velmi stabilní nulový bod, ze kterého by začalo. Místo jednoho čtení udržuje Nano během čekání na rampě během ozbrojeného stavu klouzavý průměr pokrývající něco přes pět sekund tlakových čtení. Aby ušetřilo energii během čekání, Nano shromažďuje tato čtení na nižší nečinné sazby kolem 50 čtení za sekundu (viz energetické režimy v nastavení), takže průměr vychází na přibližně 281 čtení. Pamatujte, že toto je sazba, kterou se čtení ukládají, oddělená od 80 Hz a 16násobného převzorkování, které samo čidlo provozuje. Vyhlazení přes pět sekund dat odstraňuje šum a dává velmi stabilní referenční bod terénu, a protože se průběžně aktualizuje, také sleduje pomalý drift tlaku vzduchu, když se počasí mění během dlouhého čekání na rampě.

Ta průměrovaná referenční hodnota se drží s krátkým zpožděním, aby samotný start nemohl táhnout nahoru. Ihned po detekci startu uzamkne Nano usazený průměr země jako nulu pro celý let, a každá výška v protokolu je pak měřena z ní. Kombinováno s klouzavou před-vyrovnávací pamětí, která ukládá několik sekund před startem, znamená to, že jsou zachyceny jak skutečná úroveň země, tak okamžik zvednutí čistě.

Klouzavý průměr prochází šumem a dává stabilní nulu, kterou je udržena tak, aby samotný start nezvedl referenční bod.

Protože je samotné čidlo tak dobré, věci, které skutečně pohybují vašimi čísly, jsou převážně týkající se vzduch a instalace:

• Teplota. Kalkulace výšky předpokládá 15 °C. V horkém nebo studeném dni je skutečný vzduch hustší nebo řidší než to, což mírně škáluje výšku. Je to malý efekt, a je to jedna z věcí, které můžete opravit později.
• Zahřívání po USB. Nabíjení a připojení přídavným USB desku trochu zahřívají. Pokud byl Nano nedávno připojen k USB, nechte ho sedět v režimu letu až šest minut, aby se vrátil na teplotu okolí, než zahájíte let. To umožní plné usazení čtení.
• Počasí a skutečný tlak. Standardní tlak na hladině moře se zřídka shoduje se skutečným tlakem v den. To především posouvá nadmořskou výšku spíše než vaši výšku nad zemí.
• Větrání a proudění vzduchu. Čidlo je pouze tak dobré, jak je vzduch, který vidí, takže správné větrací otvory a čisté instalace jsou důležité. Více o tom je na stránce instalace.
• Světlo. Jako otevřené čidlo jej světlo může narušit, takže udržování v stínu pomáhá. Opět, podívejte se na stránku instalace.
• Velmi vysoká nadmořská výška. Tlakomer je hodnocen až na cca 300 hPa, což je kolem 9 000 metrů (blízko 30 000 stop) ve standardní atmosféře, takže to je jeho specifikovaný strop. Nad tím je mimo rozsah hodnocení čidla. Nejspíše bude pokračovat v zaznamenávání věrohodné nadmořské výšky, ale přesnost mimo tento bod není charakterizována, takže se za ní nemůžeme zaručit.

Pro téměř všechny lety je výška nad zemí число, kterému se dá věřit, a je vynikající.

Na deskách revize 4 a novější má Nano také čidlo pohybu LSM6DSO32, které kombinuje akcelerometr a gyroskop. Vždy provozujeme oba na jejich plných rozsazích, ±32 G a ±2000 stupňů za sekundu, takže i tvrdý, rychlý vzlet nikdy nevyběhne ze stupnice. To je to, co vám dává úhel startu, sklon během letu a stopu zrychlení, a je také použito k potvrzení skutečného startu. Je to oddělené měření od nadmořské výšky, která vždy pochází z tlakomeru.

Chcete-li převést surová čtení akcelerometru a gyroskopu na úhly náklonu, valeníí a sklonu, které vidíte, Nano provozuje filtr senzorové fúze Madgwick, který v našem vlastním testování lépe zvládl nároky letu než alternativy. Gyroskop je vynikající při sledování rychlé rotace, ale sám by se malé chyby pomalu hromadily a úhel by se vzdaloval od pravdy. Filtr průběžně kontroluje gyroskop proti pohledu akcelerometru na gravitaci a jemně jej opravuje, což drží náklon stabilní. Bez magnetometru neexistuje žádné absolutní navedení kompasu, takže se nadpis může stále pomalu pohybovat v čase, ale během krátké doby raketového letu zůstává drift malý. V praxi jsou úhly překvapivě přesné a skutečně použitelné, zejména poté, co se čidla zkalibrují, což odstraní zaujatost, která způsobuje největší část driftu.

Abyste z toho dostali maximum, připevněte Nano pevně tak, aby se nemohlo pohybovat, nastavte orientační nastavení tak, aby odpovídalo tomu, jak sedí v raketě, a kalibrujte jej. Obrázky úhel jsou pouze tak dobré, jak je deska držena v klidu v známé orientaci, takže volná montáž nebo nesprávné orientační nastavení je zkazí. Více je na stránkách kalibrace a nastavení.

Váš letový protokol je soubor CSV, a každý sloupec je uložen s přesností, která vyhovuje tomu, co měří, místo surové rozlišení čidla. Psaní každého čtení až na jeho poslední číslici by pouze vyplnilo soubor obrázky jemnějšími než měření je smysluplné, takže Nano rozumně zaokrouhlí každý sloupec. To udržuje soubory na zvládnutelné velikosti, zatímco si zachovává všechny podrobnosti, které potřebujete. Přesné sloupce závisejí na desce, protože revize 4 a novější přidávají data pohybu.

Takže protokol se neuchovává na absolutním plném rozlišení čidel, ale každý sloupec je držen s přesností, která je více než dostatečná pro podrobnou analýzu letu. Teplota se mění pomalu, takže je zaznamenávána přibližně jednou za sekundu místo na každém řádku.

Protože výška na desce používá standardní atmosféru, služba Altimeter Cloud vám umožňuje ji upravit po letu pomocí skutečných podmínek. V grafu letu můžete zadat skutečný tlak na úrovni země a okolní teplotu v daný den, a graf přepočítá nadmořskou výšku. Pokud jej potřebujete, pak můžete stáhnout upravený letový protokol s korigovanými čísly.