bússola digital

A bússola eletrônica (também conhecida como bússola digital) calcula a direção através da medição do campo magnético da Terra, muitas vezes sem a eficácia de um sinal de GPS ou de uma rede como complemento. Graças às suas vantagens de tamanho reduzido, baixo consumo de energia, alta precisão e miniaturização, é amplamente utilizada na medição de rumo magnético em aeronaves, embarcações e automóveis. No entanto, a bússola eletrônica apresenta algumas desvantagens inerentes: é facilmente afetada por interferências e erros de campos magnéticos externos, o que compromete a precisão das medições e limita sua aplicação. Portanto, é fundamental estudar métodos para compensar esses erros de medição. Atualmente, existem muitos métodos para compensar erros de medição. Por exemplo, o método do coeficiente de compensação visa principalmente a interferência dinâmica durante a medição, enquanto o efeito da compensação da interferência estática é pequeno e o alcance de aplicação é limitado. Outro exemplo é o método de compensação adaptativa, que exige que o sistema atinja alta precisão de compensação em casos de movimento linear ou de baixa velocidade; se o sistema girar mais rápido, a precisão da medição será bastante afetada, portanto, cenários de aplicação mais exigentes tornam esse método pouco utilizado. Atualmente, se apenas um modelo de compensação de erros for usado para compensar o erro da bússola, ele não atenderá aos requisitos do sistema de medição. Neste artigo, propõe-se um algoritmo de compensação de erros baseado na hipótese da elipse, que integra o princípio dos mínimos quadrados. O algoritmo pode realizar uma compensação eficaz para o erro de medição da bússola eletrônica e possui as características de custo computacional moderado e ampla aplicabilidade.1. Análise de erros do sistema de rumo magnéticoQuando a bússola digital é instalada no veículo para medição de rumo magnético, seu erro de medição é causado por diversos fatores, que podem ser divididos em duas categorias principais: uma causada pela própria estrutura do sistema, materiais, montagem e outros fatores, incluindo erros na bússola, na instalação e na fabricação; a outra é o erro no sinal de atitude, que, embora não pertença ao sistema de medição de rumo em si, está envolvido no cálculo dos parâmetros de rumo e também causa erro de medição. Como o erro da bússola é o mais difícil de controlar e tem a maior influência na precisão do curso, este artigo analisa principalmente o erro da bússola. A diferença da bússola é composta principalmente pela componente horizontal do campo magnético de ferro duro e pela componente horizontal do campo magnético de ferro macio do veículo. Numerosos estudos experimentais mostram que o erro causado pelo campo ferromagnético duro no veículo em movimento é um erro periódico, que pode ser expresso pela fórmula (1), e sua regra é aproximadamente uma curva senoidal; o erro causado pelo campo magnético de ferro macio pode ser expresso pela fórmula (2), e a lei varia com a mudança do campo magnético ambiental. Onde ϕi é a medida do ângulo de direção, e A, B, C, D e E são coeficientes de erro. Através da análise de erro da bússola acima, podemos ver que a bússola eletrônica total deve ser a soma algébrica dos erros acima. Portanto, combinando as fórmulas (1) e (2), encontramos a diferença total. ∆ϕ  2. Compensação de erros pelo método dos mínimos quadradosO método dos mínimos quadrados (MQ) pode ser usado para encontrar a função que melhor se ajusta aos dados, minimizando a soma dos quadrados dos erros. É fácil obter dados desconhecidos e minimizar a soma dos quadrados dos erros entre eles e os dados reais. O método dos mínimos quadrados também pode ser usado para ajuste de curvas e é frequentemente empregado na otimização de dados. O método dos mínimos quadrados otimiza o ajuste dos dados em termos de variância quadrática mínima. Trata-se de um método de otimização matemática que compensa o erro causado pela interferência do campo magnético do ambiente externo. Em circunstâncias normais, o erro de medição apresenta certa periodicidade; um método de ajuste mais adequado pode ser o método da função trigonométrica, baseado no modelo matemático da função de Fourier, e posteriormente corrigido de acordo com os parâmetros de direção fornecidos pela bússola padrão. A seguir, uma breve introdução aos princípios básicos dos mínimos quadrados. Quando é necessário determinar a correspondência entre duas variáveis ​​y e x com base em observações, assumindo que elas sejam lineares, y no instante t pode ser expresso como: Onde H1, H2, ..., Hn são n parâmetros desconhecidos a serem determinados, x1(t), x2(t), ..., xt(t) são funções determinísticas conhecidas, como as funções seno e cosseno de t. Suponhamos que, nos instantes t1, t2, ..., tn, sejam feitas m medições de y e x, com o objetivo de estimar os valores das variáveis ​​y e x1(t), x2(t), ..., xt(t). Então, a fórmula (4) pode ser expressa na forma matricial: Y = X * H Utilizando o método dos mínimos quadrados, as estimativas dos mínimos quadrados dos coeficientes de erro A, B, C, D e E mostradas na fórmula (3) são obtidas a partir da medição conhecida do ângulo de azimute. ϕi e erro de ângulo de azimute ∆ϕOs passos específicos para o cálculo são os seguintes: ① O método de medição de erro em oito posições foi adotado. Levando em consideração o número de amostras, a quantidade de cálculos de dados e a precisão da medição, oito pontos com o mesmo intervalo angular dentro da faixa de ângulo de direção de 360°, como 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270° e 315°, foram selecionados para realizar o teste de erro de direção, obtendo-se 8 conjuntos de dados. ② Os coeficientes de erro A, B, C, D e E são obtidos de acordo com o princípio dos mínimos quadrados. Através da análise anterior, quando os coeficientes de erro A, B, C, D e E são calculados pelo método dos mínimos quadrados, o curso real do portador após a correção do erro pode ser calculado pela fórmula de cálculo, e a pesquisa e análise específicas não serão realizadas aqui. 3. ResumoA Micro-Magic é especializada em produtos de navegação. Além do método de compensação de erros mínimos, oferece compensação de erros por correção de anomalias elípticas e outros métodos. Durante o processo de pesquisa e desenvolvimento da bússola eletrônica, a empresa aprimorou gradualmente sua tecnologia e consolidou sua base teórica. Além da otimização contínua da precisão na localização do norte, nossos produtos incluem compensação de inclinação e outras funções. Se você se interessou por nossos produtos, convidamos você a conhecer nossa bússola digital 2D de baixo custo C9-C e a bússola 40.° Compensação de inclinação - bússola digital 3D C90-B e outros, você pode entrar em contato com nossa equipe profissional e técnica a qualquer momento.C9-ABússola eletrônica tridimensional de alta precisão com tecnologia avançada de compensação 3D.C9-BBússola eletrônica bidimensional (2D) Modbus RTU para veículos aéreos não tripuladosC9-CBússola eletrônica bidimensional (2D) de alta precisão com placa de circuito única, capaz de medir ângulos de azimute de 0 a 360 graus.C9-DBússola eletrônica bidimensional (2D) de alta precisão com placa de circuito única para medição de ângulos de azimute de 0 a 360 graus.  

  A bússola eletrônica possui vantagens exclusivas: seu tamanho reduzido e peso leve, a aquisição e o cálculo do azimute são realizados em tempo real, e o sinal digital de saída facilita e agiliza o uso posterior. Atualmente, a tecnologia de sensores para bússolas digitais está relativamente madura, oferecendo vantagens em termos de precisão de medição e custo de fabricação. Com a ampla utilização da bússola digital na prática, há uma grande demanda por produtos de bússola eletrônica de alta precisão e baixo custo, adequados para a produção em larga escala.  Na sociedade atual, o projeto e a pesquisa de instrumentos de navegação e orientação possuem grande valor e importância. Com a expansão da exploração humana no espaço, a manutenção da estabilidade, o rastreamento e outras funções de satélites artificiais, ônibus espaciais, sistemas de mísseis e diversas plataformas dependem do suporte da tecnologia de navegação e orientação e de dispositivos correspondentes de ajuste de atitude. Em suma, a obtenção de informações de orientação e o controle de atitude correspondente desempenham um papel fundamental em diversas pesquisas científicas e aplicações de engenharia. Considerando a característica de que o campo geomagnético varia pouco em um determinado intervalo de tempo, pode-se presumir que a informação geomagnética em um mesmo local se mantém constante por um curto período, e que informações de azimute, como o ângulo de direção e o ângulo de atitude, podem ser calculadas pela bússola eletrônica a partir das informações de intensidade geomagnética medidas. 1. As principais características do campo geomagnético Como grandeza física fundamental da Terra, o campo geomagnético tem um efeito direto sobre as características físicas das substâncias elétricas e magnéticas no ambiente terrestre. As características do campo vetorial magnético da Terra fornecem um sistema de coordenadas básico para informações de azimute, e a navegação por meio de informações geomagnéticas é estável e confiável, sem necessidade de receber informações externas, além de apresentar boa capacidade de ocultação. O campo geomagnético é gerado pela própria estrutura da Terra. Existem muitos elementos e substâncias magnéticas no interior da Terra, que produzem elétrons livres sob a influência do ambiente extremo em seu interior. Esses elétrons livres levam ao aumento da condutividade entre o núcleo interno e o núcleo externo da Terra, resultando no fluxo e movimento de elétrons livres entre as diferentes camadas. Isso faz com que a Terra, como um todo, possua um campo magnético estável em nível macroscópico, equivalente a um dipolo magnético com um campo magnético constante existente no centro da Terra, resultando na formação dos polos magnéticos norte e sul. A Figura 1 mostra o diagrama esquemático da distribuição do campo magnético da Terra.A unidade de intensidade de indução magnética é o Tesla (T), que corresponde ao Gaussiano (Gs) em unidades Gaussianas, e a relação correspondente entre as duas é 1 T = 10⁻⁴ Gs. A unidade de intensidade de campo magnético é o A/m, e a unidade de intensidade de campo magnético é o Oe (Oe) em unidades Gaussianas, e a relação correspondente entre as duas é 1 A/m = 4.π*10-3Oe O campo magnético da Terra pode ser classificado em campo geomagnético básico, campo geomagnético variável e campo geomagnético anômalo, de acordo com o grau de estabilidade. O campo magnético básico abrange a maior parte do campo magnético, representando mais de 90% do campo magnético total da Terra. O campo geomagnético básico também pode ser dividido em campo magnético induzido por dipolo e campo magnético não induzido por dipolo. O efeito induzido por dipolo é o principal, originando-se do movimento de circulação de ferro e níquel em ambientes de alta temperatura e alta pressão. Já o campo não induzido por dipolo é gerado principalmente pelo efeito de autoexcitação. O próprio campo geomagnético básico também varia, mas o período de variação é muito longo, de modo que o campo magnético da Terra como um todo pode ser considerado estável. O campo eletromagnético variável é gerado na ionosfera e na magnetosfera da Terra, e a perturbação do campo magnético está principalmente relacionada às variações solares. O campo eletromagnético variável pode ser dividido em variação estável e variação por interferência. Alterações silenciosas ocorrem no calendário solar ou lunar e são causadas principalmente pela radiação eletromagnética solar ou pela radiação de partículas. O fenômeno da tempestade magnética é a interferência geomagnética em grande escala, cujo principal efeito é a forte alteração da componente vetorial terrestre do campo geomagnético. O campo geomagnético anormal provém das propriedades ferromagnéticas de materiais ferromagnéticos e pode ser considerado como a adição vetorial constante ao campo geomagnético estável. 2. Análise de erros da bússola eletrônica O desvio da bússola eletrônica, também conhecido como desvio da bússola, é o erro nos resultados da medição causado pela interferência ferromagnética no ambiente próximo durante o funcionamento da bússola. O desvio entre os resultados da medição e o valor real pode chegar a dezenas de graus sem a devida compensação, o que ocorre porque a intensidade do campo magnético terrestre é fraca, de apenas 0,5 a 0,6 gauss. Portanto, os resultados da medição da bússola digital são muito suscetíveis à interferência causada por fatores ferromagnéticos ambientais, tornando a bússola a principal fonte de erro das bússolas eletrônicas. A bússola também pode ser dividida em interferência de ferro duro e interferência de ferro mole. A interferência de ferro duro é causada por objetos magnéticos permanentes ou objetos magnetizados. Quando um material magnético permanente está sob a influência de um campo magnético externo, seu momento magnético total deixa de ser zero, apresentando magnetismo. A intensidade do campo magnético gerado por ele pode ser considerada constante e inalterada em um determinado intervalo de tempo, e esse material magnético permanente ainda mantém uma intensidade de campo magnético residual relativamente estável após o efeito da magnetização, mesmo depois que a ação do campo magnético externo é removida. Em resumo, a posição e a intensidade do efeito de interferência na bússola podem ser consideradas como um efeito estabilizador fixo e constante, e os meios de compensação para ele são relativamente fáceis de implementar. Resumo  A Micro-Magic fornece ferramentas e suporte técnico para projetos aeroespaciais, de mineração, perfuração e outras áreas da engenharia. A atual série de bússolas eletrônicas, C9000-A, C9000-B, C9000-C, C9000-D e outros produtos, possui função de compensação magnética (para campos magnéticos suaves e duros), desempenhando um papel importante na melhoria da precisão da localização do norte. 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