Étalonnage d'un compas magnétique numérique

Un compas magnétique numérique indique à un véhicule, à un robot ou à un instrument dans quelle direction il pointe, en détectant le champ magnétique terrestre. Ce champ est faible, et presque tout ce qui entoure un compas le perturbe : l'acier du châssis d'un véhicule, un moteur, un câble de batterie, un haut-parleur. L'étalonnage permet au compas d'apprendre les perturbations de son lieu d'installation et de les supprimer. Un compas non étalonné peut se tromper de plusieurs degrés ; un compas bien étalonné peut atteindre une précision d'environ un degré.

Comment fonctionne un compas numérique

Un compas numérique comme le Galileo DMC300 d'Aeron contient un magnétomètre triaxial, qui mesure le champ magnétique selon trois axes, et un accéléromètre triaxial. L'accéléromètre mesure le roulis et le tangage à partir de la direction de la gravité, et ces angles servent à compenser l'inclinaison du cap : le champ magnétique est ramené dans le plan horizontal, de sorte que le cap reste correct lorsque le compas n'est pas de niveau. Un filtre numérique réduit le bruit afin que le cap puisse être calculé même en conditions dynamiques.

Ce qui perturbe un compas

• Fer dur : champs magnétiques permanents qui se déplacent avec le compas, provenant d'aimants, d'acier magnétisé, de moteurs et de fils parcourus par un courant élevé. Le fer dur ajoute un décalage fixe au champ vu par le compas, quelle que soit sa direction.
• Fer doux : matériaux tels que l'acier ordinaire et le nickel, qui ne sont pas des aimants eux-mêmes mais infléchissent le champ terrestre autour d'eux. Le fer doux déforme le champ différemment selon la direction du compas.
• Erreurs de capteur : petites différences de sensibilité entre les trois axes du magnétomètre, et axes qui ne sont pas exactement à angle droit ou pas exactement alignés avec le boîtier.
• Déclinaison magnétique : l'écart entre le nord magnétique et le nord vrai, qui dépend du lieu sur Terre et évolue lentement au fil des ans.

Ce que fait l'étalonnage

Si un magnétomètre parfait est tourné dans toutes les directions dans un champ magnétique propre, les extrémités des vecteurs de champ qu'il mesure se trouvent sur une sphère centrée sur zéro. Le fer dur décale cette sphère par rapport au centre. Le fer doux et les erreurs de capteur l'écrasent en ellipsoïde. L'étalonnage recueille des mesures pendant que le compas est tourné selon de nombreuses orientations, ajuste la forme qu'elles dessinent et calcule le décalage et la correction qui la ramènent à une sphère centrée. L'appareil applique ensuite cette correction à chaque mesure.

Comme les perturbations viennent de l'installation, l'étalonnage doit être fait avec le compas monté là où il sera utilisé, avec les équipements environnants en place et, idéalement, sous tension comme en fonctionnement. Un compas étalonné sur un établi puis boulonné près d'un moteur sera faux.

Une procédure d'étalonnage pas à pas

1. Choisir l'emplacement. Travaillez en zone dégagée, loin des bâtiments en acier, des véhicules garés, du béton armé et des lignes électriques.
2. Monter le compas définitivement. Fixez-le fermement dans sa position finale, loin des arêtes vives de matériaux ferromagnétiques, qui concentrent les distorsions.
3. Lancer le mode d'étalonnage dans le logiciel de configuration de l'appareil. Le Galileo DMC300 est fourni avec une suite logicielle de bureau pour la configuration, l'affichage des données et l'enregistrement, et prend en charge l'étalonnage fer dur et fer doux.
4. Tourner selon les différentes orientations. Faites tourner lentement le véhicule ou l'instrument sur un cercle complet, et si possible selon différentes inclinaisons, pour que le logiciel voie le champ depuis de nombreuses directions. Pour l'INS d'Aeron, la pratique recommandée est un mouvement circulaire sur une surface horizontale, avec un roulis et un tangage de ±5° au plus.
5. Vérifier le résultat. Comparez le cap étalonné à une référence connue pour plusieurs caps. L'utilitaire de configuration d'Aeron pour son INS permet de saisir un cap de référence et enregistre le décalage entre l'appareil et la référence.
6. Définir le lieu. Saisissez la latitude et la longitude du site, ou utilisez un point GNSS lorsqu'il est disponible, afin que l'appareil applique la bonne déclinaison magnétique du modèle magnétique mondial (WMM) et indique le cap vrai.

La procédure complète pour les systèmes de navigation inertielle d'Aeron se trouve dans Étalonnage du magnétomètre des produits INS d'Aeron.

Quand étalonner de nouveau

• après l'installation du compas ou son déplacement ;
• après l'ajout, le retrait ou le déplacement d'équipements proches, comme des batteries, des moteurs ou des supports en acier ;
• après une réparation du véhicule ou un choc important ;
• lors du déplacement de l'équipement vers une région éloignée, où le champ terrestre est différent ;
• chaque fois que les vérifications de cap par rapport à une référence commencent à dériver.

Quelle précision attendre

Même un compas étalonné a ses limites. Le Galileo DMC300 est spécifié à ±1° (1σ) de précision de cap en conditions statiques et quasi statiques, avec un roulis et un tangage inférieurs à 45° et des latitudes de ±60°. Près des pôles magnétiques, où la composante horizontale du champ est faible, tout compas devient moins fiable. Lorsque le cap doit rester précis lors de manœuvres rapides ou près de grandes structures en acier, un système de navigation inertielle assisté par GNSS avec cap à double antenne est le meilleur outil.

Pour vous aider à étalonner un compas Galileo ou un INS Aeron sur votre plateforme, contactez notre équipe d'assistance.