Naza, das Geheimnis von position hold, die Funktionsweise

Eines gleich mal vorweg, ich habe nur mit MultiWii und Naza Erfahrung.
Nachdem ich mich aber als Paragleiter und Technikfreak schon sehr lange mit GPS befasse, habe ich mich gefragt wie DJI das genaue position hold hinbekommt.
Meine Erfahrung bei der Paragleiterei ist, das das mit dem derzeitigen GPS gar nicht möglich ist, und ein GPS-Empfänger in Bewegung genauer ist als ein GPS-Empfänger ohne Bewegung.
Nach einigem grübeln und vielem MultiWii spielen, bin ich zu folgendem Schluss gekommen.
Das Magnetometer liefert nicht nur einen horizontalen Wert sondern auch einen vertikalen, daraus ergibt sich, im Zusammenspiel mit dem Barometer, eine Position. Demnach verwendet die Naza für das position hold also primär das Magnetometer und nicht das GPS, bzw. ist es eine Kombination aus beidem, wobei GPS eher für das grobe zuständig ist.
Das würden jedenfalls all meine Beobachtungen bei der Naza unterstreichen.

Daraus ergeben sich für mich jetzt folgende Fragen:

Bin ich da komplett auf dem Holzweg?
Ist das ohnehin schon lange bekannt und ich habe darüber einfach noch nichts gefunden?
Warum nützt das MultiWii nicht?

Ich bin ich mal gespannt was da jetzt so von euch kommt.

LG
Jogi

Hey,

ohne das ich es konkret wüsste, aber deine Theorie klingt definitiv plausibel.

Viele Grüße aus Bonn,

Anubis

aber warum fängt die naza dann an zu driften wenn sie einen der Satelliten mal verliert und dann wieder auf die alte position geht sobald genügend Satelliten vorhanden sind?

Jeder gut funktionierende Flight Controller arbeitet mit GPS und Kompass, der einer vernünftigen XYZ Kalibrierung bzw. Ausrichtung bedarf. Natürlich spielt die Qualität der Sensorik auch noch eine Rolle.

Perfekt auf der Stelle schweben können einige FC. Z.B. der APM 2.5, der zudem auch noch mehr Funktionen zum günstigeren Preis bietet.

Technisch ist die DJI daher kein Vorreiter. Das Prinzip ist mehr oder minder überall identisch.

Aber. DJI hat ein sehr gutes Marketing und die Software besonders narrensicher gestaltet. Man kann nicht all zu viel verstellen...Auch der blutige Laie wird sofort in die Lage versetzt, i.d.R. sofort loszufliegen, und das ist der eigentliche Grund für den (kommerziellen) Erfolg dieser Flugsteuerung.

jep DJI kocht auch nur mit wasser, die hardware ist mit APM vergleichbar.
was zählt ist die software(interne algorithmen und natürlich die narrensicherheit) und der kompass der weit weg (auf dem turm) von stromleitungen ist.

ich bin mir garnicht sicher ob man soweit gehen muss für den Erfolg von Dji.
Der größte Teil des Erfolgs basiert wohl darauf dass es Ansprechpartner (Händler) im Land gibt und vor allen Dingen auf einer für nahezu jedem verständlichen Anleitung.
In meiner Zeit mit dem APM musste man mehr Zeit damit verbringen alles umständlich im Wiki zu suchen ( das dann großteils doch nicht stimmte) als zu fliegen.

Hier soll es nicht darum gehen warum DJI erfolgreich ist oder nicht, oder warum einem andere FC's sympathischer sind.
Vielmehr soll es darum gehen wie die Software die Daten der Sensoren nützt, denn die Sensoren sind bei allen FC's annähernd die gleichen.

Ich behaupte ja nicht das das GPS garnicht verwendet wird, sondern das den GPS Daten nur grob "geglaubt" wird, bleiben die Daten aber innerhalb eines gewissen Bereichs, so verwendet die Naza für die genauere Positionsbestimmung den Magnetometer.

Die "aktuelle" position posx(t) posy(t) beinhaltet einen deutlichen Fehler der von der Anzahl der Satelliten abhängt, als auch von der bewussten Störung der Amis. Das zeitliche Mittel davon passt dann aber viel besser und mit einer entsprechenden Fehleranalyse bekommt man auch die Genauigkeit hin. Das gleiche gilt für das Baro, hier ist das Naza ja auch nicht ganz so schlecht. Das Magnetfeld wird nicht mitverwendet, denn sogar die Regelvariationen an den Motoren stören das schon in einem Bereich in dem man "natürliche" Störungen zur Positionsbestimmung ausnutzen könnte.

Aus meiner Sicht liegt die Qualität im zeitlichen Mittelwert, dessen Fehleranalyse und den daraus abgeleiteten Korrekturen. Glaube sogar, dass die das Gleiche auf Höhe wie auf Position machen, denn der Druckwert ist ja auch nicht gerade "schön" auszuwerten.

lg Ferdl

Gut, dann diskutieren wir mal nur über die Sensorik:
Das klingt nicht richtig. Was genau meinst Du mit horizontaler/vertikaler Wert? Das Magnetometer liefert die Stärke und Richtung des anliegenden Magnetfeldes. Solange Magnetfelder von stromführenden Kabeln nicht überhand nehmen, misst es nur bzw. im wesentlichen das Erdmagnetfeld (welches aber beispielsweise durch Eisen in der Nähe abgelenkt wird). Dass Magnetometer inzwischen dreiachsig ausgeführt sind, ermöglicht die Messung völlig unabhängig von der Ausrichtung des Sensors, es liegen X,Y,Z-Komponenten der Richtung vor. Daraus kann man die Himmelsrichtungen gezogen zum Sensor errechnen, zusammen mit Deklination und Inklination auch bezogen zu geografisch Nord. Das wars aber auch schon - keine Position, kein vertikaler Wert, nicht mal die Horizontbestimmung ist drin, denn wenn Du den Sensor exakt parallel zu den Feldlinien rotierst kriegt er davon nichts mit. Also nur Ausrichtung.

Die Magie steckt darin, die GPS-Rohdaten so mit der Ausrichtung des Magnetometers zu fusionieren, dass die GPS-Daten genauer werden.

Soweit mein Halbwissen, wer kann mehr beitragen?

Grüße,
Ruben

Meines Wissens ist das GPS relativ gesehen ja schon recht genau. sprich die angezeigte Position kann um mehrere Meter falsch sein, aber die Messung sollte am gleichen Ort zur circa gleichen Zeit immer den selben falschen Wert anzeigen, Sprich es gibt einen Versatz der aber für diesen Ort und Zeit recht konstant ist. Das anfliegen eines Wegpunktes kann falsch sein, aber einen Punkt halten sollte recht genau funktionieren.

Ähnlich funktioniert glaube ich auch die Vermessung per GPS wo erst auf einen fester, bekannten Punkt das GPS "genullt" wird und dann von da aus per GPS gemessen.

Es ging nicht um sympathisch oder nicht, sondern darum, dass Dein Beitrag vermuten liess,dass andere FC den Kompass Sensor i.V. mit GPS nicht nutzen. Die MultiWii nutzt das GPS auch in Verbindung mit den Kompassdaten.

Ja, das klingt auch logisch, dennoch bin ich immernoch von meiner Theorie überzeugt, da magnetische Störungen einen deutlichen Einfluss auf das PH haben, was beispielsweise bei der MultiWii nicht der fall ist.
Bei uns Paragleitern ist das Vario (Barometer) das wichtigste Flugistrument überhaupt, und die Genauigkeit finde ich schon sehr erstaunlich, Fehler treten da, verglichen mit GPS, so gut wie keine auf. Es kann natürlich trotzdem sein das auch bei der Höhe bemittelt wird, ich halte es aber bei der Höhe kaum für nötig.

Prinzipiell haben wir in der Naza ja mehrere Daten die verarbeitet werden .

Naza ohne GPS :
1. Gyroskope
2. Beschleunigungssensoren
3. Barometer

Bei Windstille arbeitet das schon sehr sehr sauber
Dazu kommt das GPS

4. GPS
5. Kompass

Jetzt habe ich 5 Datensätze die alle mit einander verrechnet werden und somit für die 3 Dimensionale lagesteuerung im Raum
Zur Verfügung stehen. Der Trick wird es sein anhand der Daten die kommen vorauszuberechnen was passieren wird !
Meiner Meinung nach haben die beschleunigungs Sensoren und Gyroskope Prio 1 die halten den Kopter erstmal sauber in der Luft und sorgen dafür das er nicht abdriftet. Dazu kommt dann der Barometer der Höhen Daten abgibt also auf Z wirkt
Dann kommt wohl der Magnetometer der auf x und Y Daten auspuckt. Diese Daten werden dann wohl noch mit dem GPS Datensatz abgeglichen wobei dem GPS der "Ort" wohl egal ist und nur die Raum Position auf Abweichungen verglichen wird .

Bei meinem Audi geht das Navy auch noch ohne GPS Daten relativ genau. Also wenn es einmal weis wo es ist kann allein anhand der Daten die aus dem Fahrzeug kommen recht zuverlässig bestimmt werden wo ich fahre und mit der vorliegenden Karte abgeglichen werden .
Ich bin da jedes mal erstaunt über welche Strecken das Navy noch weis wo ich bin obwohl ich 0 Satelitten habe (mein GPS spinnt und steigt öfter aus)

Also kurz und gut das was die Steuerung der Naza ausmacht wird wohl allein die Software ausmachen !

Da hast du natürlich recht, aber so genau sind auch die falschen Daten nicht. Ich zeichne meine Gleitschirmflüge alle mit GPS-Loggern auf, und deren habe ich einige, bewegt sich der Logger nicht, beispielsweise vor dem Start, so sind auch die etwas versetzten Daten nicht immer gleich, da springt die Position schon um einige Meter. Klar, das kann man mitteln, soooo genau wird das dann aber auch nicht.

Zumal die Vermesser uns ein riesen Stück vorraus sind.
Die bekommen GPS Korrekturdaten per Datenfunk.

Genau.Gerade bei KFZ Navis, zieht alleine die Software das Fahrzeug auf die (vermutete) Straße, was bei Feldwegen neben der Autobahn zuweilen sehr lästig ist.Da wird jeder Signal/ HDOP Einbruch tapfer ignoriert, was die praktische Qualität erst ausmacht.

Ein Versuch vom Medion Lieferanten,in einem PNA auch noch ein Gyro ins Spiel zu bringen(2010?) hat gar nichts gebracht..die Straße blieb auf dem LCD,da wo sie war...der Korrekturwut der Gyro Sensorik zum Trotze.

Vermutlich meinen es auch manche der OS Devs zu gut mit der gefühlten Genauigkeit

Der Unterschied in der Software ist die Mathematik dahinter, und der Hund ist im Detail begraben. Nur als Beispiel:

ich kann

||gpspos(t)-actpos(t)||->min

Dieses Problem ist aber "schlecht gestellt" wenn auch nicht sehr. Die Fehler im gpspos(t) führen ganz einfach zu unerwünschtem Verhalten in der Korrektur. Das wird durch das zeitliche Mitteln besser, aber ich könnte auch

||gpspos(t)-actpos(t)||+µ*||corr(t)||->min

Also ähnlich wie oben, nur ist das jetzt "regularisiert" und bedeutet ich mache nicht die Korrektur, die das GPS vorschlagen würde, sonder versuche gleichzeitig die Korrekturen so klein wie möglich zu halten. Dieses "Regularisierung" macht aus einem "grausligen" Problem ein "schönes", weil Zusatzinformation verwendet wird also in diesem Fall "Korrektur so klein wie möglich".

In einem FC-Algo kann die Zusatzinfo auch bedeuten, dass die Winkeländerungen (gemessen mit Gyro) minimal bleiben sollen.

Wenn man das richtig formuliert, braucht man nichtmal einen Kompass dazu. Das der Kompass aber nur für die Richtung verwendet wird (und nicht mehr) belegt der TBE (Toilet-bowl-effect), weil die Korrektur ganz einfach in die falsche Richtung losgeht.

Im Nachbarforum gab es einige Bilder von "raw" GPS-Daten, das sah mir nicht so genau aus (also bis auf 2m genau, aber innerhalb dieser eher Rauschen).

lg Ferdl

Den NAZA Fliegern ohne WP Funktion ist die genaue Position ohnehin unbekannt.Es genügt völlig, irgendwo zu verharren, sprich die Korrektur von was auch immer klein zu halten.

PS : Ich habe noch ein altes DANTRONIK GPS mit Torzeiten um 60 Sekunden...da verharrt die Position auch immer schön;-)

Das haben auch schon einige GPS-Logger, funktioniert aber nicht überall und ist letztlich auch nicht so genau wie man sich das wünschen würde, nicht umsonst wird an Galileo gearbeitet.