البوصلة الرقمية

تعتمد البوصلة الإلكترونية (المعروفة أيضًا بالبوصلة الرقمية) على قياس المجال المغناطيسي للأرض لحساب المسار، وغالبًا ما يكون الاعتماد على إشارة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو الشبكة غير فعال. ونظرًا لمزاياها من حيث صغر الحجم، وانخفاض استهلاك الطاقة، والدقة العالية، وإمكانية التصغير، فإنها تُستخدم على نطاق واسع في مجال قياس الاتجاه المغناطيسي، مثل الطائرات بدون طيار، والتطبيقات البحرية، والسيارات. ومع ذلك، فإن للبوصلة الإلكترونية عيوبها الخاصة: فهي تتأثر بسهولة بتداخل المجال المغناطيسي الخارجي، مما يؤدي إلى حدوث أخطاء، وهذا هو السبب الرئيسي لتأثيرها على دقة القياس وتقييد استخدامها. لذا، من الضروري جدًا دراسة طرق تعويض أخطاء القياس في البوصلة الإلكترونية. توجد حاليًا طرق عديدة لتعويض أخطاء القياس. فعلى سبيل المثال، تستهدف طريقة معامل التعويض بشكل أساسي التداخل الديناميكي أثناء القياس، بينما يكون تأثيرها في تعويض التداخل الثابت ضئيلاً، ونطاق تطبيقها محدودًا. ومن الأمثلة الأخرى طريقة التعويض التكيفي، التي تتطلب من النظام تحقيق دقة تعويض عالية في حالة الحركة الخطية أو البطيئة، فإذا زادت سرعة دوران النظام، تتأثر دقة القياس بشكل كبير، لذا فإن سيناريوهات التطبيق الأكثر تطلبًا تجعل هذه الطريقة غير شائعة. في الوقت الحالي، لا يكفي استخدام نموذج تعويض واحد فقط لتعويض خطأ البوصلة لتلبية متطلبات نظام القياس. في هذه الورقة، نقترح خوارزمية لتعويض الخطأ تعتمد على فرضية القطع الناقص، وتدمج مبدأ المربعات الصغرى. تُحقق هذه الخوارزمية تعويضًا فعالًا لخطأ قياس البوصلة الإلكترونية، وتتميز بسهولة حسابها ونطاق تطبيقها الواسع.1. تحليل أخطاء نظام التوجيه المغناطيسيعند تركيب البوصلة الرقمية في الحامل لقياس الاتجاه المغناطيسي، ينتج خطأ القياس عن عوامل متعددة، يمكن تقسيمها تقريبًا إلى فئتين: الأولى ناتجة عن بنية النظام نفسه، ومواده، وتجميعه، وأسباب أخرى، بما في ذلك أخطاء البوصلة، والتركيب، والتصنيع؛ والثانية هي خطأ إشارة الاتجاه، على الرغم من أنها لا تنتمي إلى نظام قياس الاتجاه نفسه، إلا أنها تدخل في حساب معلمات الاتجاه، مما يؤدي أيضًا إلى خطأ في القياس. ولأن خطأ البوصلة هو الأصعب تحكمًا والأكثر تأثيرًا على دقة المسار، فإن هذه الورقة البحثية تُحلل خطأ البوصلة بشكل أساسي. يتكون فرق البوصلة بشكل رئيسي من المركبة الأفقية للمجال المغناطيسي للحديد الصلب والمركبة الأفقية للمجال المغناطيسي للحديد اللين للحامل. تُظهر العديد من الدراسات التجريبية أن الخطأ الناتج عن المجال المغناطيسي الحديدي الصلب على الحامل المتحرك هو خطأ دوري، يمكن التعبير عنه بالمعادلة (1)، وقاعدته منحنى جيبي تقريبًا؛ أما الخطأ الناتج عن المجال المغناطيسي للحديد اللين فيمكن التعبير عنه بالمعادلة (2)، ويتغير قانونه بتغير المجال المغناطيسي المحيط. أين ϕيمثل i قياس زاوية الاتجاه، بينما تمثل A وB وC وD وE معاملات الخطأ. من خلال تحليل خطأ البوصلة أعلاه، نلاحظ أن دقة البوصلة الإلكترونية الكلية تساوي المجموع الجبري للأخطاء المذكورة. لذا، نجمع المعادلتين (1) و(2) لإيجاد الفرق الكلي. ∆ϕ  2. تعويض الخطأ بطريقة المربعات الصغرىيمكن استخدام طريقة المربعات الصغرى (LS) لإيجاد أفضل تطابق للدالة مع البيانات عن طريق تقليل مجموع مربعات الأخطاء. من السهل الحصول على بيانات مجهولة وتقليل مجموع مربعات الأخطاء بينها وبين البيانات الفعلية. كما يمكن استخدام طريقة المربعات الصغرى لمطابقة المنحنيات، وتُستخدم غالبًا لتحسين البيانات. تُحسّن طريقة المربعات الصغرى مطابقة البيانات من حيث تقليل تباين المربعات. وهي طريقة رياضية تُعوض الخطأ الناتج عن تداخل المجال المغناطيسي للبيئة الخارجية. في الظروف العادية، يُظهر خطأ القياس دورية معينة، ويمكن استخدام طريقة الدوال المثلثية، القائمة على النموذج الرياضي لدالة فورييه، لتصحيح الخطأ وفقًا لمعايير الاتجاه التي توفرها البوصلة القياسية. فيما يلي شرح موجز للمبادئ الأساسية للمربعات الصغرى. عندما يلزم تحديد علاقة بين متغيرين y و x بناءً على الملاحظات، بافتراض أنهما خطيان، يمكن التعبير عن y في الوقت t على النحو التالي: حيث H1، H2، ...، Hn هي n معلمات مجهولة مطلوب تحديدها، و x1(t)، x2(t)، ...، xt(t) هي دالة حتمية معلومة، مثل دالة الجيب وجيب التمام للزمن t. لنفترض أنه عند الزمن t1، t2، ...، tn، يتم إجراء m قياسات لـ y و x، على أمل أن تُقدَّر قيم المتغيرات y و x1(t)، x2(t)، ...، xt(t). عندئذٍ، يمكن التعبير عن الصيغة (4) في صورة مصفوفة: Y = X * H باستخدام طريقة المربعات الصغرى، يتم الحصول على تقديرات المربعات الصغرى لمعاملات الخطأ A وB وC وD وE الموضحة في الصيغة (3) من قياس زاوية السمت المعروفة ϕخطأ زاوية السمت و i ∆ϕخطوات الحساب المحددة هي كما يلي: ① تم اعتماد طريقة قياس الخطأ في ثمانية مواضع. مع مراعاة عدد العينات، وكمية البيانات المحسوبة، ودقة القياس، تم اختيار ثماني نقاط ذات فاصل زاوي متساوٍ ضمن نطاق زاوية التوجيه 360 درجة، مثل 0، 45، 90، 135، 180، 225، 270، و315 درجة، لإجراء اختبار خطأ التوجيه، وتم الحصول على ثماني مجموعات من البيانات. ② يتم الحصول على معاملات الخطأ A وB وC وD وE وفقًا لمبدأ المربعات الصغرى. من خلال التحليل السابق، عند حساب معاملات الخطأ A وB وC وD وE باستخدام طريقة المربعات الصغرى، يمكن حساب المسار الفعلي للناقل بعد تصحيح الخطأ باستخدام صيغة الحساب، ولن يتم التطرق إلى البحث والتحليل التفصيلي هنا. 3. ملخصتتخصص شركة مايكرو ماجيك في منتجات الملاحة، فإلى جانب طريقة تعويض الخطأ الأقل، تُقدم الشركة طريقة تعويض الخطأ الإهليلجي وغيرها من طرق التعويض. وقد طوّرت الشركة، من خلال أبحاثها وتطويرها للبوصلات الإلكترونية، تقنية ناضجة وأسسًا نظرية راسخة. وبالإضافة إلى التحسين المستمر لدقة تحديد الشمال، تُقدم الشركة أيضًا تعويض الميل ووظائف أخرى. إذا كنتم مهتمين بمنتجاتنا، ندعوكم للتعرف أكثر على بوصلتنا الرقمية ثنائية الأبعاد منخفضة التكلفة C9-C و40° تعويض الميل - البوصلة الرقمية ثلاثية الأبعاد C90-B وما إلى ذلك، يمكنك الاتصال بفريقنا الفني والمهني في أي وقت.C9-Aبوصلة إلكترونية ثلاثية الأبعاد عالية الدقة مزودة بتقنية تعويض ثلاثية الأبعاد متطورةC9-Bبوصلة إلكترونية ثنائية الأبعاد (2D) تعمل بنظام Modbus RTU للطائرات بدون طيارC9-Cبوصلة إلكترونية ثنائية الأبعاد عالية الدقة (2D) على لوحة دارة واحدة تقيس زوايا السمت من 0 إلى 360 درجةC9-Dبوصلة إلكترونية ثنائية الأبعاد عالية الدقة (2D) على لوحة دارة واحدة لقياس زوايا السمت من 0 إلى 360 درجة  

  تتميز البوصلة الإلكترونية بمزايا فريدة: فهي صغيرة الحجم وخفيفة الوزن، وتلتقط بيانات السمت وتحلها في الوقت الفعلي، كما أن إشارة الإخراج الرقمية تجعل استخدامها أكثر سهولة ويسرًا. وقد بلغت تقنية مستشعرات البوصلة الرقمية مرحلة نضج نسبي، مما يمنحها مزايا في دقة القياس وتكلفة التصنيع. ونظرًا لانتشار استخدام البوصلة الرقمية، تبرز الحاجة إلى إنتاج كميات كبيرة من البوصلات الإلكترونية عالية الدقة ومنخفضة التكلفة، والمناسبة للتصنيع على نطاق واسع.  في مجتمعنا المعاصر، يكتسب تصميم وبحث أجهزة الملاحة والتوجيه أهمية بالغة. ومع توسع استكشاف الإنسان للفضاء، باتت وظائف الحفاظ على الاستقرار والتتبع والتوجيه وغيرها من وظائف الأقمار الصناعية، ومكوك الفضاء، وأنظمة الأسلحة الصاروخية، والمنصات المختلفة، جميعها بحاجة إلى دعم تقنيات الملاحة والتوجيه وأجهزة ضبط الوضعية المناسبة. وخلاصة القول، يُعدّ الحصول على معلومات التوجيه وتحقيق التحكم المناسب في الوضعية عنصرًا أساسيًا في مختلف البحوث العلمية والتطبيقات الهندسية. وفقًا لخاصية أن المجال المغناطيسي الأرضي يتغير قليلاً في نطاق زمني معين، يمكن اعتبار أن المعلومات المغناطيسية الأرضية في نفس المكان ثابتة في وقت قصير، ويمكن حساب معلومات السمت مثل زاوية الاتجاه وزاوية الوضع بواسطة البوصلة الإلكترونية وفقًا لمعلومات شدة المجال المغناطيسي الأرضي المقاسة. 1. الخصائص الرئيسية للمجال المغناطيسي الأرضي باعتباره الكمية الفيزيائية الأساسية للأرض، يؤثر المجال المغناطيسي الأرضي بشكل مباشر على الخصائص الفيزيائية للمواد الكهربائية والمغناطيسية في البيئة الأرضية. توفر خصائص المجال المغناطيسي الأرضي نظام إحداثيات أساسيًا لمعلومات السمت، مما يجعل استخدام المعلومات المغناطيسية الأرضية في الملاحة مستقرًا وموثوقًا، دون الحاجة إلى معلومات خارجية، مع إمكانية إخفاء جيدة. ينشأ المجال المغناطيسي الأرضي من بنية الأرض نفسها. يوجد العديد من العناصر والمواد المغناطيسية في باطن الأرض، والتي تُنتج إلكترونات حرة التدفق تحت تأثير البيئة القاسية داخل الأرض. تؤدي هذه الإلكترونات الحرة إلى تحسين الموصلية بين اللب الداخلي والخارجي للأرض، مما ينتج عنه تدفق وحركة الإلكترونات الحرة بين الطبقات المختلفة. هذا يجعل للأرض ككل مجالًا مغناطيسيًا مستقرًا على المستوى الكلي، وهو ما يعادل ثنائي قطب مغناطيسي ذي مجال مغناطيسي ثابت موجود في مركز الأرض، مما يؤدي إلى ظهور قطبين مغناطيسيين شمالي وجنوبي. يوضح الشكل 1 مخططًا تخطيطيًا لتوزيع المجال المغناطيسي للأرض.وحدة شدة الحث المغناطيسي هي تسلا (T)، وهي غاوسية (Gs) في الوحدات الغاوسية، والعلاقة بينهما هي 1T = 10⁻⁴Gs. أما وحدة شدة المجال المغناطيسي فهي أمبير/متر (A/m)، وهي أوستر (Oe) في الوحدات الغاوسية، والعلاقة بينهما هي 1A/m = 4.π*10-3Oe يمكن تصنيف المجال المغناطيسي للأرض إلى ثلاثة أنواع رئيسية: المجال المغناطيسي الأرضي الأساسي، والمجال المغناطيسي الأرضي المتغير، والمجال المغناطيسي الأرضي الشاذ، وذلك وفقًا لدرجة استقراره. يغطي المجال المغناطيسي الأرضي الأساسي معظم المجال المغناطيسي، إذ يمثل أكثر من 90% من إجمالي المجال المغناطيسي للأرض. وينقسم هذا النوع إلى مجال مغناطيسي مُستحث ثنائي القطب ومجال مغناطيسي غير مُستحث ثنائي القطب. يُشكل المجال المغناطيسي المُستحث ثنائي القطب الجزء الأكبر، حيث ينشأ من حركة دوران الحديد والنيكل في بيئة ذات درجة حرارة وضغط مرتفعين. أما المجال المغناطيسي غير المُستحث ثنائي القطب، فينشأ بشكل أساسي من تأثير المحرك ذاتي الإثارة. يتغير المجال المغناطيسي الأرضي الأساسي نفسه، ولكن دورة تغيره طويلة جدًا، لذا يُمكن اعتبار المجال المغناطيسي للأرض ككل مستقرًا. يتولد المجال الكهرومغناطيسي المتغير في الغلاف الأيوني والغلاف المغناطيسي للأرض، ويرتبط اضطراب المجال المغناطيسي بشكل أساسي بالتغيرات الشمسية. ويمكن تقسيم تغير المجال الكهرومغناطيسي إلى تغير مستقر وتغير ناتج عن التداخل. تحدث تغيرات هادئة في التقويم الشمسي أو القمري، وتنتج أساسًا عن الإشعاع الكهرومغناطيسي الشمسي أو الإشعاع الجسيمي. أما ظاهرة العاصفة المغناطيسية فهي ظاهرة تداخل مغناطيسي أرضي في فضاء واسع، ويتمثل أثرها الرئيسي في التغير الكبير في مركبة متجه الأرض للمجال المغناطيسي الأرضي. وينشأ المجال المغناطيسي الأرضي غير الطبيعي من الخصائص المغناطيسية الحديدية للمواد المغناطيسية الحديدية، ويمكن اعتباره إضافة متجه ثابت إلى المجال المغناطيسي الأرضي المستقر. 2. تحليل أخطاء البوصلة الإلكترونية يُعرف انحراف البوصلة الإلكترونية، أو ما يُسمى أيضًا بانحراف البوصلة، بأنه خطأ في نتائج القياس ناتج عن التداخل المغناطيسي في البيئة المحيطة أثناء عمل البوصلة. قد يصل الانحراف بين نتائج القياس والقيمة الحقيقية إلى عشرات الدرجات دون وجود آلية تعويض مناسبة، وذلك بسبب ضعف المجال المغناطيسي للأرض، حيث تتراوح شدة المجال المغناطيسي بين 0.5 و0.6 غاوس فقط. لذا، فإن نتائج قياس البوصلة الرقمية عرضة للتأثر بالتداخل الناتج عن العوامل المغناطيسية البيئية، مما يجعلها المصدر الرئيسي للخطأ في البوصلات الإلكترونية. يمكن تقسيم تأثير التداخل المغناطيسي على البوصلة إلى نوعين: التداخل المغناطيسي الناتج عن الأجسام المغناطيسية الدائمة أو الممغنطة. فعندما تتعرض مادة مغناطيسية دائمة لمجال مغناطيسي خارجي، لا يعود عزمها المغناطيسي الكلي صفراً، مما يدل على مغناطيسيتها. ويمكن اعتبار شدة المجال المغناطيسي الناتج ثابتة وغير متغيرة خلال فترة زمنية محددة. كما تحافظ هذه المادة المغناطيسية الدائمة على شدة مجال مغناطيسي متبقي مستقرة نسبياً حتى بعد زوال تأثير المجال المغناطيسي الخارجي. باختصار، يمكن اعتبار موضع وشدة تأثير التداخل المغناطيسي على البوصلة عاملاً ثابتاً ومستقراً، ويمكن تحقيق وسائل تعويضه بسهولة نسبية. ملخص  تُقدّم شركة مايكرو-ماجيك الأدوات والدعم الفني لمشاريع هندسة الطيران والفضاء، والتعدين، وغيرها من المشاريع الهندسية. تشمل منتجاتها سلسلة البوصلات الإلكترونية C9000-A، وC9000-B، وC9000-C، وC9000-D، وغيرها، والتي تتميز بوظيفة تعويض المغناطيس الناعم والمغناطيس الصلب، مما يُسهم بشكل كبير في تحسين دقة تحديد الشمال. لمزيد من المعلومات حول البوصلات الرقمية، يُرجى التواصل مع خبرائنا.C9000-Aمستشعر بوصلة مغناطيسية معوضة للميل، مقياس زاوية الانحراف المغناطيسي ثلاثي المحاورC9000-Bلوحة بوصلة إلكترونية ثلاثية الأبعاد عالية الدقة لجميع الاتجاهات، تستخدم خوارزميات معايرة متقدمة من الحديد الصلب واللين، مع مخرج رقمي.C9000-Cبوصلة مغناطيسية، بوصلة معوضة جيروسكوبية، بوصلة سداسية المحاور، مستشعر إلكتروني للانحراف والاتجاهC9000-Dمستشعر اتجاه عالي الأداء لتحديد سمت برج الهوائي، مستشعر زاوية سمت منخفض التكلفة لقياس زاوية اتجاه البرج