Magnetômetro no espaço
Veja, recentemente comprei um magnetômetro para fazer experiências com o Arduino, quero começar a construir um pequeno computador voador para um cubo (este cubo tem um motor iônico, portanto, empurre). Comecei a ler o azimute do magnetomentro e estava tudo bem, minha pergunta é: Qual a utilidade do magnetômetro em computadores voadores? é para detectar o Norte como uma bússola ou apenas para detectar o movimento do eixo X? e: um magnetômetro funciona igual no espaço como na terra? acho que não, bcs usa o campo magnético da terra para detectar, certo? Eu compro um acelerômetro + giroscópio também, então eu sei como detectar o resto do eixo de movimento e velocidade. É por isso que acabei de encontrar esse uso no Magnetomenter.
Obrigado por qualquer ajuda ou documento.
Respostas
Não sou nenhum especialista nisso, mas acho que isso está certo até onde vai. Sua pergunta é sobre o uso de um magnetômetro no espaço com sensores e algoritmos do estilo Arduino, então posso fornecer alguns links que serão úteis.
Na Terra, em uma área local como uma sala de até um raio de voo do tamanho de um quilômetro, as pessoas tentam usar magnetômetros para ajudar a estabelecer uma linha de base para seu algoritmo que usa sinais de giroscópio para determinar a direção.
Um fluxo de sinais de um giroscópio pode dizer que você girou cerca de 20 graus ccw nos últimos 5 segundos, mas "20 graus de quê?" é a questão. A resposta é "De onde você estava apontando cinco segundos atrás." Enquanto você estiver voando com giroscópios, você deve continuar adicionando todas as alterações à lista de alterações anteriores para ver para onde está apontando agora.
Os giroscópios sempre têm erros e deslocamentos, podem pensar que estão girando quando não estão, podem ser não lineares e podem misturar rotações em eixos diferentes incorretamente ou interpretar erroneamente acelerações como rotações, especialmente aquelas que usamos em projetos de hobby.
Assim, as pessoas recorrem ao nosso amigo, a Terra e seu campo magnético estável, porque tende a apontar localmente para uma direção fixa.
Quando os erros de giroscópio acumulados começam a se desviar muito da direção da bússola, a atitude é combinada ou redefinida com as informações da bússola da melhor forma possível. Cada algoritmo é diferente.
O problema é que a bússola não pode dizer nada sobre a rotação em torno da direção do campo magnético, que em latitudes médias aponta diagonalmente para cima do solo.
- Como agulhas de bússola simples permanecem niveladas em vez de oscilações com mergulho magnético? Eles são planos mesmo perto dos pólos?
Felizmente, nossa amiga Terra também nos dá um segundo campo estável, a gravidade! 1 Podemos usar o eixo do campo magnético local e o eixo do campo gravitacional local para construir uma estrutura fixa não rotacional.
Problemas:
Quaisquer materiais ferromagnéticos como ferro no solo ou rochas ou edifícios (por exemplo, vergalhões em concreto armado) irão distorcer o campo magnético local.
- Existe um “objeto submerso” na Austrália que causa um desvio magnético de 20 graus?
E a Terra também brinca com seu campo magnético!
- Uma tempestade geomagnética desvia visivelmente uma bússola?
- Qual é a natureza do “pulso geomagnético inesperado que ocorreu sob a América do Sul em 2016”?
assim como outros planetas!
- Como o vento solar pode causar estranhos pulsos magnéticos em Marte à meia-noite?
- Os estranhos pulsos magnéticos de Marte à meia-noite; além do vento solar, quais são as outras causas possíveis?
- Agora que Marte está pulsando 3 vezes por noite no UV, alguém pode explicar essas ondas em termos simples? Essas ondas acontecem na Terra?
Módulos de passatempo ou bússola de celular de baixo custo não são ideais:
- Por que os chips de bússola em telefones celulares exigem calibração frequente?
- Como o recurso de desmagnetização no chip HMC5883L 3-Axis Digital Compass é usado corretamente?
Assim como os acelerômetros:
- Ruído de aceleração / giroscópio MPU6050 que se comporta de forma estranha - o que pode estar fazendo isso?
- Yaw do acelerômetro? Não! Então, o que essas equações realmente significam? lição aprendida: não acredite em tudo que você lê nos blogs das pessoas; confiar, mas verificar (alerta de nomenclatura inadequada)
Mais antecedentes:
A implementação de giroscópios (às vezes junto com acelerômetros) para apontar absoluto é às vezes chamada de giroscópio.
- Como o Curiosity sabe como apontar e mover sua antena de alto ganho em tempo real?
- O que é uma bússola giratória e como ela pode ser usada por um rover planetário?
- Existem outros tipos de bússola além da magnética regular e da giroscópio?
Um bom vôo geralmente envolve a incorporação de vários fluxos diferentes de dados de fontes muito diferentes. A detecção de movimento e o reconhecimento de padrões de sistemas de visão são usados por insetos e pássaros e alguns algoritmos de vôo de drones, radar (rádio ou pings acústicos) doppler (rádio, áudio), scanners a laser para mapeamento de campo podem e devem ser explorados no nível de hobby também.
- Por exemplo, quais comprimentos de onda são mais comumente usados em scanners a laser e sistemas LIDAR?
1 nota adicionada como prova; "descer" da gravidade não está disponível para quem está em órbita!
O magnetômetro em cubosats é usado na determinação de atitude, em geral para medir o vetor do campo magnético terrestre local. Para implementar o algoritmo de determinação de atitude mais básico (TRIAD), você precisará de 4 vetores, relacionados a duas grandezas físicas (geralmente o campo magnético e a posição do sol), dois deles observados com sensores e os outros dois com referência a partir da propagação da órbita 1 .
O vetor sol de referência é facilmente arquivado estimando-se a posição do sol em uma determinada órbita. A referência do vetor magnético você precisa das informações da órbita e de um modelo magnético da Terra (como o modelo magnético mundial-WMM, ou International Geomagnetic Reference Field - IGRF).
1 Para determinação da atitude, essencialmente, você precisa encontrar um operador de rotação (uma matriz cosseno, por exemplo) para aplicar no sistema de coordenadas fixado no corpo do satélite para alcançar um determinado sistema de referência inercial (por exemplo, ECI - Earth-Centered Inertia). Com um vetor descrito (componentes) em ambos os sistemas de coordenadas ("vetor observar" no corpo do satélite e um "vetor de referência" no sistema referencial), você pode determinar o operador de rotação, mas com algumas ambigüidades. Você pode trabalhar com dois vetores descritos nos dois sistemas (dois obs e dois ref), você pode resolver essas ambigüidades