Как откалибровать электронный компас

Основные положения

Изделие: Электронный компас

Принцип калибровки:

- Аппроксимация магнитного поля эллипсом: сбор данных о магнитном поле во всех направлениях при вращении устройства, расчет параметров интерференции твердого и мягкого железа, а также применение компенсации для аппроксимации данных о магнитном поле сферой с целью повышения точности.

Методы калибровки:

1. Калибровка плоскости:

- Калибровка в плоскости XY: Поверните устройство в плоскости XY, чтобы найти центр окружности траектории, спроецированной в эту плоскость.

- Калибровка в плоскости XZ: Поверните устройство в плоскости XZ, чтобы получить траекторию движения магнитного поля Земли и рассчитать вектор интерференции магнитного поля в трехмерном пространстве.

2. Стереоскопическая калибровка по 8-образной схеме:

— Вращайте устройство в разных направлениях в воздухе, чтобы собрать образцы точек, падающих на поверхность сферы. Определите центр окружности, чтобы определить значение интерференции и выполнить калибровку.

Этапы калибровки:

1. Подготовка тестовой среды:

- Избегайте источников помех.

— Обеспечьте горизонтальное размещение и надежную установку.

2. Войдите в режим калибровки:

- Запуск калибровки вручную с помощью комбинаций клавиш или инструкций программного обеспечения.

- Автоматическая калибровка с подсказкой при обнаружении аномалий магнитного поля.

3. Выполните калибровку:

- Горизонтальное вращение (2D-калибровка): Медленно вращайте устройство вокруг вертикальной оси в горизонтальном положении.

- Трехмерное вращение (3D-калибровка): вращайте устройство вокруг осей X, Y и Z, охватывая не менее 360° для каждой оси.

4. Проверьте результаты калибровки:

— Сравните показания прибора с известным географическим направлением.

— Используйте программные средства для наблюдения за стабильностью и точностью направления.

- Повторите калибровку, если отклонение превышает номинальную погрешность устройства.

Преимущества электронного компаса:

- Измерение курса и положения в реальном времени.

— Важный навигационный инструмент.

- Повышает точность определения направления за счет калибровки.

— Доступны различные методы калибровки.

- Может использоваться в различных областях применения и условиях.

Электронный компас — важный навигационный инструмент, позволяющий в режиме реального времени определять направление и положение движущихся объектов. Калибровка электронного компаса является важнейшим этапом обеспечения точности измерения направления.

1.Принцип калибровки электронного компаса

Электронный компас определяет направление, измеряя компоненты геомагнитного поля. Процесс калибровки фактически представляет собой «подгонку эллипса магнитного поля»:

а)Сбор данных о магнитном поле. во всех направлениях при вращении устройства.

б)Сгенерируйте параметры компенсации, рассчитав помехи от твердого железа (фиксированное смещение) и помехи от мягкого железа (масштабирование и перекрестная связь) с помощью алгоритмов.

с)Автоматическое применение компенсации при последующих измерениях для аппроксимации данных магнитного поля сферой с центром в начале координат, что повышает точность определения направления.

2.Метод калибровки электронного компаса

Основные методы калибровки электронных компасов включают два основных подхода: планарную калибровку и трехмерную калибровку по 8-образной траектории.

(1)Метод калибровки плоскости

Для калибровки оси XY устройство, оснащенное магнитным датчиком, будет вращаться самостоятельно в плоскости XY, что эквивалентно вращению вектора магнитного поля Земли вокруг точки нормали O(γx,γy), перпендикулярной плоскости XY. Это представляет собой траекторию вектора магнитного поля, спроецированного в плоскость XY в процессе вращения. Это позволяет определить положение центра окружности как (Xmax+Xmin)/2, (Ymax+Ymin)/2. Аналогично, вращение устройства в плоскости XZ позволяет получить траекторию окружности магнитного поля Земли в плоскости XZ, что позволяет рассчитать вектор интерференции магнитного поля γ (γx, γy, γz) в трехмерном пространстве. После калибровки электронный компас может нормально использоваться в горизонтальной плоскости. Однако из-за угла между компасом и горизонтальной плоскостью этот угол может влиять на точность определения направления и требует компенсации наклона с помощью акселерометров.

(2)Стереоскопический метод калибровки в форме восьмерки

Обычно, когда устройство с датчиками вращается в воздухе в разных направлениях, пространственная геометрическая структура, состоящая из измеряемых значений, представляет собой сферу, и все точки выборки располагаются на поверхности этой сферы, как показано на следующем рисунке.
             

а)Вращение в воздухе: Используя калиброванное оборудование, выполните в воздухе движение в форме восьмерки, направив нормаль к оборудованию так, чтобы она указывала на все 8 квадрантов пространства. Получив достаточное количество точек выборки, определите центр O(γx,γy,γz), который представляет собой размер и направление вектора помех от фиксированного магнитного поля.

б)Сбор точек выборки: При вращении устройства в различных направлениях в воздухе пространственная геометрическая структура, состоящая из значений измерений, фактически представляет собой сферу, и все точки выборки попадают на поверхность этой сферы. Используя эти точки выборки, можно определить центр окружности для определения значения жестких магнитных помех и выполнить калибровку.

3.Этапы калибровки электронного компаса

(1)Подготовка среды тестирования

ØИзбегайте источников помех: убедитесь, что в радиусе 3 метров от калибровочной среды нет крупных металлических предметов (таких как железные шкафы, транспортные средства), двигателей, динамиков или другого электромагнитного оборудования.

ØГоризонтальное размещение: Используйте уровень или встроенный датчик для установки в горизонтальное положение, обеспечивая измерение на основе горизонтальной составляющей геомагнитного поля.

ØСпособ крепления: Избегайте ношения металлических часов или колец при удержании устройства; если это встраиваемое устройство (например, дрон), обеспечьте надежную установку.

(2)Перейдите в режим калибровки

а)Ручное управление: см. руководство пользователя, распространенные способы включают:

нКомбинация клавиш (например, длительное нажатие клавиш питания и функциональных клавиш в течение 5 секунд).

нИнструкции по использованию программного обеспечения (выберите «Калибровка компаса» в сопутствующем приложении).

б)Автоматическое уведомление: Некоторые устройства автоматически запрашивают калибровку при обнаружении аномалий магнитного поля (например, постоянно отображая «низкую точность»).

(3)Выполните калибровку.

а)Горизонтальное вращение (2D-калибровка):

нМедленно вращайте оборудование вокруг вертикальной оси (оси Z), удерживая его в горизонтальном положении.

нОбеспечьте равномерную скорость вращения (примерно 10 секунд на оборот), выполните не менее 2 оборотов, чтобы охватить все направления.

б)Трехмерное вращение (3D-калибровка, подходит для высокоточного оборудования):

нПоследовательно вращайте аппарат вокруг осей X (крен), Y (тангаж) и Z (рыскание), при этом каждая ось должна вращаться не менее чем на 360°.

нПример действия: После горизонтального поворота переверните устройство в вертикальное положение, а затем наклоняйте его вперед и назад.

(4)Проверьте результаты калибровки.

а)Метод сравнения направлений: направьте устройство в известное географическое направление (например, используйте компас для определения истинного севера) и проверьте, совпадают ли показания.

б)Проверка программного обеспечения: Используйте картографические приложения или профессиональные инструменты (например, программное обеспечение для анализа магнитного поля), чтобы оценить стабильность и точность определения направления.

с)Повторная калибровка: Если отклонение превышает номинальную погрешность оборудования (например, ±3°), требуется повторная калибровка и проверка на наличие помех от окружающей среды.