Magnetometro nello spazio

Question

Vedi, di recente ho acquistato un magnetometro per sperimentare con arduino, voglio iniziare a costruire un piccolo computer volante per un cubesat (questo cubesat ha un motore a ioni, quindi, spingere). Comincio a leggere l'Azimuth del magnetomenter e tutto è andato bene, la mia domanda è: a cosa serve un magnetometro nei computer volanti? serve per rilevare il Nord come una bussola o semplicemente per rilevare il movimento dell'asse X ?, e: un magnetometro funziona allo stesso modo nello spazio come nella terra? Penso di no, bcs usa il campo magnetico terrestre per rilevare, giusto? Compro anche un accelerometro + giroscopio così so come rilevare il resto dell'asse di movimento e velocità. Ecco perché trovo quell'uso sul Magnetomenter.

Grazie per qualsiasi aiuto o documento.

Answer 1

Non sono un esperto in questo, ma penso che sia giusto fin dove arriva. La tua domanda riguarda l'uso di un magnetometro nello spazio con sensori e algoritmi in stile Arduino, quindi posso fornire alcuni collegamenti che saranno utili.

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Sulla terra, in un'area locale come una stanza con un raggio di volo di dimensioni fino a un chilometro, le persone cercano di utilizzare magnetometri per aiutare a stabilire una linea di base per il loro algoritmo che utilizza segnali giroscopici per determinare la direzione.

Un flusso di segnali da un giroscopio potrebbe dirti che hai girato di circa 20 gradi in senso orario negli ultimi 5 secondi, ma "20 gradi da cosa?" è la domanda. La risposta è "Da dove stavi indicando cinque secondi fa". Finché stai pilotando solo giroscopi devi continuare ad aggiungere ogni modifica all'elenco delle modifiche precedenti per vedere dove stai puntando ora.

I giroscopi hanno sempre errori e offset, possono pensare di girare quando non lo sono, possono essere non lineari e possono mescolare le rotazioni in diversi assi insieme in modo errato o interpretare erroneamente le accelerazioni come rotazioni, specialmente quelle che usiamo con progetti di hobby.

Quindi le persone si rivolgono al nostro amico la Terra e il suo campo magnetico stabile perché tende a puntare localmente in una direzione fissa.

Quando gli errori giroscopici accumulati iniziano a deviare troppo dalla direzione della bussola, l'assetto viene combinato o ripristinato alle informazioni della bussola nel miglior modo possibile. Ogni algoritmo è diverso.

Il problema è che la bussola non può dirti nulla sulla rotazione attorno alla direzione del campo magnetico, che a latitudini medie punta in diagonale dal suolo.

• In che modo i semplici aghi della bussola rimangono a livello invece di oscillare con il tuffo magnetico? Sono piatti anche vicino ai poli?

Fortunatamente il nostro amico la Terra ci offre anche un secondo campo stabile, la gravità! ¹ Possiamo usare l'asse del campo magnetico locale e l'asse del campo gravitazionale locale per costruire un telaio fisso non rotazionale.

I problemi:

Qualsiasi materiale ferromagnetico come il ferro nel terreno o le rocce o gli edifici (ad esempio le armature in cemento armato) distorcono il campo magnetico locale.

• Esiste un "oggetto sommerso" in Australia che provoca una deviazione magnetica di 20 gradi?

E anche la Terra gioca con il suo campo magnetico!

• Una tempesta geomagnetica devia visibilmente una bussola?
• Qual è la natura dell '"impulso geomagnetico inaspettato che ha avuto luogo sotto il Sud America nel 2016"?

come gli altri pianeti!

• Come può il vento solare causare strani impulsi magnetici su Marte a mezzanotte?
• Gli strani impulsi magnetici di Marte a mezzanotte; oltre al vento solare quali sono le altre possibili cause?
• Ora Marte pulsa 3 volte a notte nell'UV, qualcuno può spiegare queste onde in termini semplici? Queste onde si verificano sulla Terra?

I moduli bussola per hobby o cellulari a basso costo non sono ottimali:

• Perché i chip bussola nei cellulari richiedono una calibrazione frequente?
• Come viene utilizzata correttamente la funzione di smagnetizzazione nel chip della bussola digitale a 3 assi HMC5883L?

Così come gli accelerometri:

• Rumore di accelerazione / giroscopio MPU6050 che si comporta in modo strano: cosa potrebbe fare questo?
• Yaw dall'accelerometro? No! Quindi cosa significano effettivamente queste equazioni? lezione imparata: non credere a tutto ciò che leggi nei blog delle persone; fidati, ma verifica (avviso improprio!)

Ulteriori informazioni:

L'implementazione di giroscopi (a volte insieme agli accelerometri) per il puntamento assoluto è talvolta chiamata girobussola.

• Come fa Curiosity a puntare e spostare la sua antenna ad alto guadagno in tempo reale?
• Cos'è una girobussola e come potrebbe essere usata da un rover planetario?
• Esistono tipi di bussola diversi da quello magnetico normale e dalla bussola giroscopica?

Il grande volo spesso implica l'incorporazione di diversi flussi di dati da fonti molto diverse. Il rilevamento del movimento e il riconoscimento del picchiettio dai sistemi di visione sono utilizzati da insetti e uccelli e alcuni algoritmi di volo con droni, radar (radio o ping acustici) doppler (radio, audio), scanner laser per la mappatura del campo possono e devono essere esplorati anche a livello di hobby anche.

• es. quali lunghezze d'onda sono più comunemente utilizzate negli scanner laser e nei sistemi LIDAR?

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¹ nota aggiunta nella bozza; "down" dalla gravità non è disponibile per chi è in orbita!

Answer 2

Il magnetometro in cubesats viene utilizzato nella determinazione dell'assetto, in generale per la misura del vettore del campo magnetico terrestre locale. Per implementare l'algoritmo di determinazione dell'assetto più basilare (TRIAD) avrai bisogno di 4 vettori, relativi a due grandezze fisiche (solitamente il campo magnetico e la posizione del sole), due dei quali osservati con sensori e gli altri due con riferimento dalla propagazione dell'orbita ¹ .

Il vettore del sole di riferimento può essere facilmente archiviato stimando la posizione del sole di una data orbita. Il riferimento vettoriale magnetico è necessario le informazioni sull'orbita e un modello magnetico terrestre (come il modello magnetico mondiale-WMM o il campo di riferimento geomagnetico internazionale - IGRF).

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¹ Per la determinazione dell'assetto, essenzialmente, è necessario trovare un operatore di rotazione (ad esempio una matrice del coseno) da applicare sul sistema di coordinate fissato sul corpo del satellite per raggiungere un dato sistema di riferimento inerziale (es. ECI - Earth-Centered Inertia). Con un vettore descritto (componenti) su entrambi i sistemi di coordinate ("vettore di osservazione" nel corpo del satellite e "vettore di riferimento" nel sistema referenziale) è possibile determinare l'operatore di rotazione ma con alcune ambiguità. Puoi lavorare con due vettori descritti nei due sistemi (due obs e due ref) puoi risolvere queste ambiguità