Геомагнитные принципы и электронный компас

Электронный компас обладает своими уникальными преимуществами: он имеет небольшие размеры и малый вес, получение и обработка информации об азимуте происходит в режиме реального времени, а выходной цифровой сигнал делает его более удобным и простым в последующем использовании. В настоящее время разработка технологии цифровых компасов достаточно зрелая, поэтому они обладают определенными преимуществами в точности измерений и стоимости производства. В связи с широким практическим применением цифровых компасов, необходимо запустить в производство большое количество высокоточных и недорогих электронных компасов, пригодных для крупномасштабного промышленного производства.

 В современном обществе разработка и исследование навигационных и ориентационных приборов имеют важное значение. С расширением освоения космоса человеком, поддержание стабильности, слежение и наведение, а также другие функции искусственных спутников, космических челноков, ракетных комплексов и различных платформ требуют поддержки навигационно-ориентационных технологий и соответствующих устройств коррекции ориентации. В целом, получение информации об ориентации и осуществление соответствующего управления ориентацией играют фундаментальную роль в различных научных исследованиях и инженерных разработках.

Ввиду того, что геомагнитное поле мало изменяется в определенном временном диапазоне, можно считать, что геомагнитная информация в одном и том же месте фиксируется в течение короткого времени, и азимутальная информация, такая как угол курса и угол ориентации, может быть рассчитана электронным компасом на основе измеренной информации о геомагнитной интенсивности.

1. Основные характеристики геомагнитного поля

Как основная физическая величина Земли, геомагнитное поле оказывает прямое воздействие на физические характеристики электрических и магнитных веществ в земной среде. Характеристики векторного магнитного поля Земли обеспечивают базовую систему координат для азимутальной информации, а использование геомагнитной информации для навигации является стабильным и надежным, не требующим получения внешней информации и обладающим хорошей маскировкой. Геомагнитное поле генерируется самой структурой Земли. В недрах Земли находится множество магнитных элементов и веществ, которые под воздействием экстремальных условий внутри Земли производят свободно движущиеся электроны. Эти свободные электроны приводят к улучшению проводимости между внутренним и внешним ядрами Земли, что приводит к потоку и движению свободных электронов между различными слоями. Это обеспечивает Земле в целом стабильное магнитное поле на макроуровне, что эквивалентно магнитному диполю с постоянным магнитным полем, существующим в центре Земли, в результате чего образуются северный и южный магнитные полюса. На рисунке 1 показана схематическая диаграмма распределения магнитного поля Земли.

Единицей измерения интенсивности магнитной индукции является Тесла (Т), что соответствует гауссовой функции (Гс), а соотношение между ними выражается формулой 1Т = 10⁻⁴Гс. Единицей измерения интенсивности магнитного поля является А/м, а единицей измерения интенсивности магнитного поля является Остер (Э), что соответствует гауссовой функции, а соотношение между ними выражается формулой 1А/м = 4 Гс.π*10-3Oe

В зависимости от степени стабильности магнитное поле Земли можно классифицировать на основное, переменное и аномальное. Основное магнитное поле охватывает большую часть магнитного поля, составляя более 90% от общего магнитного поля Земли. Основное магнитное поле также можно разделить на дипольно-индуцированное и недипольно-индуцированное, при этом дипольно-индуцированный эффект составляет основную часть, магнитное поле возникает из-за циркуляции железа и никеля в условиях высокой температуры и высокого давления, а недипольное поле в основном генерируется эффектом самовозбуждающегося двигателя. Само основное геомагнитное поле также изменяется, но период изменений очень велик, поэтому магнитное поле Земли в целом можно считать стабильным. Изменяющееся электромагнитное поле генерируется в ионосфере и магнитосфере Земли, и возмущения магнитного поля в основном связаны с солнечными изменениями, и изменяющееся электромагнитное поле можно разделить на стабильные изменения и интерференционные изменения. Спокойные изменения происходят в соответствии с солнечным или лунным календарем и в основном вызваны солнечным электромагнитным излучением или излучением частиц. Феномен магнитной бури — это явление геомагнитной интерференции в большом пространстве, основным эффектом которого является сильное изменение наземной векторной компоненты геомагнитного поля. Аномальное геомагнитное поле возникает из-за ферромагнитных свойств ферромагнитных материалов и может рассматриваться как постоянное векторное сложение на стабильном геомагнитном поле.

2. Анализ погрешностей электронного компаса

Отклонение электронного компаса, также известное как компасное отклонение, — это погрешность результатов измерения, вызванная ферромагнитными помехами в окружающей среде во время работы компаса. Отклонение между результатами измерения и реальным значением может достигать десятков градусов без соответствующей компенсации, что объясняется слабой напряженностью магнитного поля Земли, составляющей всего 0,5-0,6 гаусс. Поэтому в результаты измерений цифрового компаса очень легко вносятся помехи, вызванные ферромагнитными факторами окружающей среды, и компас стал основным источником погрешности электронных компасов.

Компас также можно разделить на компасы с помехами от твердого и мягкого железа. Помехи от твердого железа вызваны постоянными магнитными объектами или намагниченными объектами. Под воздействием внешнего магнитного поля общий магнитный момент объекта перестает быть равным нулю, что свидетельствует о наличии магнетизма. Создаваемая им напряженность магнитного поля может считаться постоянной и неизменной в определенном временном диапазоне, и этот постоянный магнитный материал сохраняет относительно стабильную остаточную напряженность магнитного поля даже после снятия воздействия внешнего магнитного поля. Таким образом, положение и интенсивность помех на компасе можно рассматривать как фиксированный и постоянный стабилизирующий эффект, и средства компенсации этого эффекта относительно легко реализовать.

Краткое содержание

Компания Micro-Magic предоставляет инструменты и техническую поддержку для аэрокосмической, горнодобывающей, буровой и других инженерных отраслей. Современные электронные компасы серий C9000-A, C9000-B, C9000-C, C9000-D и другие модели обладают функциями компенсации мягкого и жесткого магнитного поля, что играет важную роль в повышении точности определения направления на север. Для получения более подробной информации о цифровых компасах вы всегда можете связаться с нашими специалистами.