IT201900002809A1 - Sistema per la Navigazione Inerziale Subacquea ad Alte Prestazioni corredato da Misure Magnetiche Assolute - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'Invenzione Industriale dal titolo: Sistema per la Navigazione Inerziale Subacquea ad Alte Prestazioni corredato da Misure Magnetiche Assolute

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un sistema per la navigazione inerziale subacquea ad alte prestazioni corredato da misure magnetiche assolute.

Scopo dell’invenzione è quello di ottenere un sistema ed un metodo per la navigazione inerziale per AUV con errore orizzontale che dopo 1h di navigazione è inferiore ai pochi m.

Un ulteriore scopo è quello di rendere completamente automatica la misura velocizzandone il processo.

Ancora un ulteriore scopo consiste nel realizzare un sistema ed un metodo che consenta di ottenere misure inerziali di precisione per riferimenti di georeferenziazione con una precisione dell’ordine di o inferiore e che possa venire utilkizzato per la navigazione in una zona di grandezza dell’ordine di 10Km grazie a misura magentometriche con precisione migliori di

L’invenzione consegue gli scopi su esposti con un metodo e con un sistema secondo le rivendicazioni principali 1 e 10.

Le rivendicazioni dipendenti definiscono ulteriori perfezionamenti delle rivendicazioni indipendenti.

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla seguente descrizione di alcuni esempi esecutivi illustrati nei disegni allegati in cui:

La fig.1 illustra schematicamente un esempio di un Sistema secondo la presente invenzione in cui l’elettronica di elaborazione della stazione di misurazione è indicata con uno schema a blocchi.

La fig. 2 illustra un dettaglio costruttivo della cassa della stazione di misura in cui sono mostrati i fori per le spine di posizionamento delle unità inerziali e del sensore magnetico.

La fig. 3 illustra uno schema a blocchi funzionale del sistema di controreazione del sensore magnetico.

Le figure 4 e 5 mostrano rispettivamente gli schemi elettrici dei filtri antialiasing rispettivamente del sensore magnetico e della piattaforma inerziale.

La figura 6 mostra uno schema a blocchi del sistema di condizionamento dei segnali analogici del sensore (lock-in). Uno per ogni canale x, y e z.

La figura 7 mostra uno schema a blocchi dell’alimentatore a basso ripple che alimenta la stazione di misura.

La fig. 8 e la fig. 9 mostrano una vista in prospettiva rispettivamente su uno di due opposti lati di testa della stazione di misurazione.

La figura 10 mostra la struttura cubica di supporto dei sei sensori toroidali e delle bobine di Helmholtz di compensazione dinamica, priva delle dette bobine e dei detti sensori.

La figura 11 mostra un sensore magnetico sotto forma di magnetometro triassiale omocentrico nella sua condizione finita e montato in un telaio di supporto.

La figura 12 mostra un grafico in cui è rappresentato l’andamento della densità spettrale del rumore intrinseco dei tre sensori.

La figura 13 mostra il sistema di riferimento geomagnetico e geografico adottato in geomagnetismo.

La figura 14 mostra schematicamente il principio di funzionamento del magnetometro, due nuclei toroidali sono quelli posizionati lungo uno dei tre assi xyz.

La figura 15 mostra uno schema di eccitazione dei sei nuclei toroidali.

La figura 16 mostra un grafico di rappresentazione dell’International Geomagnetic Reference Field (IGRF) del 2010 della declinazione magnetica, ovvero della distanza fra nord geografico e nord magnetico.

La figura 17 mostra una mappa della declinazione magnetica riferita all’anno 2015.

La figura 18 mostra una mappa della variazione annuale della declinazione magnetica 2015-2020.

La figura 19 mostra una mappa della declinazione magnetica nell’area europea 2006.

La figura 20 mostra un grafico che rappresenta l’andamento tipico della variazione diurna della declinazione magnetica D (rosso). Il massimo valore della declinazione si ha intorno alle 07 UT e il minimo intorno alle 12, la massima variazione diurna della declinazione D è dell’ordine di 0.17° (alle nostre latitudini).

Con 1 è indicata schematicamente una cassa di alloggiamento del sistema di misurazione.

La cassa 1 di forma sostanzialmente cilindrica comprende al suo interno un vano di alloggiamento per rispettivamente, partendo dal basso della figura, una piattaforma inerziale zenitale 2, un sensore magnetico 3, una piattaforma inerziale azimutale 4 e tre bobine di calibrazione 51, 52, 53.

Come mostrato nella figura i segnali di misurazione forniti dai due sistemi inerziali 2 e 4 e dal magnetometro vengono trasmessi ad una stazione di elaborazione 6 in cui vengono digitalizzati in un convertitore digitale analogico 61, elaborati in un processore 62 ed infine trasmessi per la loro memorizzazione, registrazione, visualizzazione ed altre funzioni.

Nella figura 1 la stazione di elaborazione 6 presenta anche una sezione di filtri antialiasing. Indicata con 63. Gli schemi elettrici di forme esecutive di questi filtri sono mostrati nelle figure La figura 6 mostra uno schema a blocchi del sistema di condizionamento dei segnali analogici del sensore (lock-in). Uno per ogni canale x, y e z.

La figura 7 mostra uno schema a blocchi dell’alimentatore a basso ripple che alimenta la stazione di misura.

Come mostrato nella figura 2, la cassa 1 presenta tre camere coassiali con un diametro diverso fra loro ed adatto a ricevere la corrispondente unità operativa.

Una prima camera di diametro più grande 102 alloggia la piattaforma inerziale zenitale 2, una camera intermedia di diametro minore 103 alloggia il sensore magnetico e la camera superiore 104 alloggia la piattaforma inerziale azimutale 4.

Queste tre unità, ovvero la piattaforma inerziale zenitale 2, il sensore magnetico 3 e la piattaforma inerziale azimutale 4 sono montate con un preciso riferimento di posizione relativa l’una rispetto all’altra e rispetto alla cassa stessa. Come si vedrà a seguito ciò è necessario per poter avere una esatta georeferenziazione della declinazione magnetica e dell’inclinazione magnetica.

La posizione definita relativa fra le unità ed anche rispetto alla scatola è ottenuta grazie a viti e spine di bloccaggio di cui nella figura 2 sono visibili i fori 110.

Le figure 4 e 5 mostrano la stazione di misurazione nella sua veste finita e pronta all’impiego e nella stessa sono visibili le spine ed i bulloni di posizionamento delle unità operative che sono indicati genericamente con 111.

Nella figura 1 e 5 sono visibili anche le bobine di calibrazione che sono inserite nella testa di chiusura superiore della cassa 1 e sono indicate con 7.

Il sensore magnetico secondo la presente invenzione è un sensore del tipo triassiale omocentrico e comprende un corpo di supporto 31 che è costituito da un cubo di resina al quarzo con bassissimo coefficiente di dilatazione termica.

Grazie all’adozione di una simmetria cubica la deriva termica è estremamente bassa.

Sei rientranze 32, ovvero una rientranza cilindrica 32 per ciascuna parete del copro di supporto cubico 31 sono previste concentricamente rispetto alla corrispondente parete e sono destinate ad alloggiare ciascuna un sensore toroidale 33.

In un esempio attuativo, ciascun sensore toroidale 33 è costituito da un anello di alluminio sulla cui circonferenza è avvolto un nastro di metglass 2714A trattato termicamente per ottenere una curva di isteresi caratterizzata da una permeabilità magnetica iniziale la più elevata possibile.

Sull’anello è realizzato un avvolgimento toroidale di rame con filo da 0.2 mm.

In una forma esecutiva, il nastro di materiale ferromagnetico amorfo largo 2 mm e spesso 15µm ed è avvolto in 14 spire intorno all’anello di alluminio.

Il nastro di metglass è trattato termicamente a temperatura al di sotto della temperatura di ricristallizzazione in un forno schermato magneticamente al fine di eliminare le anisotropie nella distribuzione dei domini magnetici nella fase di raffreddamento.

Secondo ancora una ulteriore caratteristica sul corpo di supporto cubico 31, in corrispondenti scanalature 34 sono avvolte sei bobine di rame 35, queste formano una configurazione di 3 bobine di Helmholtz quadre ortogonali. Le bobine 35 che formano ciascuna bobina di Helmholtz sono disposte sostanzialmente simmetricamente rispetto ai sensori delle facce del corpo cubico 31 lungo cui si estendono, sui due lati diametralmente opposti delle rientranze cilindriche 32.

Essendo i sei sensori magnetici 33 disposti all’interno delle dette tre bobine di Helmholtz, queste mantengono i sei sensori 33 costantemente in campo magnetico nullo mediante una rete di controreazione.

Al fine di garantire la perfetta ortogonalità dei tre assi, tutte le lavorazioni meccaniche sono eseguite con una precisione di 0.05 mm.

Il magnetometro triassiale consente di effettuare la misura quasi assoluta delle componenti X, Y e Z con un’accuratezza di /-1 nT e una risoluzione di 10 pT.

La figura 3 mostra uno schema a blocchi funzionale della rete di controreazione il cui funzionamento è brevemente descritto qui sotto:

Con S(s), 300 è indicata la funzione di trasferimento del sensore 33;

A(s) 310 è la funzione di trasferimento del preamplificatore e del lock-in incluso l’integratore; C(s) 320 è la funzione di trasferimento delle bobine 33; F(s) 330 è la funzione di trasferimento della rete di feedback. La funzione di trasferimento complessiva T(s) può essere pertanto espressa mediante la matrice di trasferimento dell’integratore:

(1)

Gli elementi Tij sono le costanti di integrazione RiCj . La funzione T(s) diventa:

(2)

G0, F0, S0 e C0 sono I valori delle funzioni calcolate per s = 0, A0 é il valore di A(s) per s = j4πf, G0 = F0C0. La frequenza naturale di oscillazione smorzata del dell’anello di controreazione é:

(3)

Mentre il fattore di smorzamento é:

(4)

La banda passante di rumore é:

(5)

Tutte le componenti elettroniche impiegate nei circuiti di condizionamento dei segnali sono caratterizzati da un basso coefficiente di deriva termica. I nuclei sono realizzati con nastro di materiale ferromagnetico amorfo largo 2 mm e spesso 15�m, avvolto in 14 spire intorno all’anello di alluminio. La curva di isteresi del nastro di metglass è trattato termicamente a temperatura al di sotto della temperatura di ricristallizzazione in un forno schermato magneticamente al fine di eliminare le anisotropie nella distribuzione dei domini magnetici nella fase di raffreddamento.

Misura assoluta di D dedotta dalle misure assolute di Bx, By e Bz.

La misura assoluta della declinazione magnetica si basa sulla determinazione della giacitura spaziale del campo totale B nel piano xy georeferenziato. In pratica l’orientamento azimutale della terna cartesiana magnetometrica viene dedotto con l’ausilio del campo di riferimento IGRF calcolato per l’area di navigazione. Tutto questo si traduce nella determinazione della matrice di trasformazione che consente di proiettare i dati misurati nella terna cartesiana magnetometrica xyz, nella terna di riferimento XYZ geografica.

L’angolo dedotto dall’IGRF e gli angoli

misurati dalla piattaforma clinometrica consentono di georeferenziare il piano xy della terna cartesiana materializzata dal sensore nel sistema di riferimento geografico XYZ standard (fig. 15).

L’IGRF viene calcolato dalla IAGA con cadenza quinquennale (fig. 18), per gli anni intermedi viene utilizzata la mappa della variazione annuale per interpolare i dati (fig. 19).

I due angoli misurati con il clinometro vengono calcolati nel modo seguente:

La piattaforma clinometrica consente di parallelizzare il piano xy del magnetometro con il piano XY del riferimento geografico tramite la misura

dei due angoli e

Dove sono le componenti magnetiche

ruotate, mentre sono le componenti misurate.

L’orientamento azimutale si realizza mediante la rotazione della terna nel piano orizzontale secondo

l’angolo dedotto dall’IGRF:

Dove sono le componenti assolute del campo magnetico.

La declinazione e l’inclinazione magnetica sono

quindi soltanto funzioni di

La misura assoluta della declinazione magnetica si basa quindi sulla misura assoluta, nel piano xy georeferenziato, delle due componenti Bx e By del campo magnetico terrestre. In questa proposta brevettuale viene impiegato uno strumento intrinsecamente relativo quale è il magnetometro flux-gate. L’aspetto innovativo di questa proposta è la trasformazione di un magnetometro relativo in uno strumento assoluto, in modo che dalla misura assoluta delle due componenti Bx e By del campo magnetico terrestre B sia possibile calcolare la declinazione magnetica D, utilizzata come ausilio alla navigazione di un mezzo sottomarino, che si muova lungo rotte a raggio limitato, dell’ordine di qualche decina di km. Il magnetometro flux-gate è intrinsecamente uno strumento di misura relativo, misura il campo magnetico rispetto ad uno zero arbitrario, inoltre la risposta dello strumento dipende dalla temperatura. La misura assoluta del campo magnetico terrestre può essere effettuata soltanto con il magnetometro a precessione nucleare. Questo strumento misura però soltanto il modulo |B| del campo magnetico, non misura le componenti Bx, By e Bz, pertanto, non consente la misura della declinazione magnetica. Il magnetometro flux-gate consente di effettuare la misura relativa delle componenti Bx, By e Bz ma non ne consente la misura assoluta. Gli aspetti principali di tale limitazione possono essere sintetizzati in tre punti:

La dipendenza della misura dalla temperatura del sensore

Il rapporto finito tra la sensibilità longitudinale e quella trasversale

La deriva nel tempo dello zero di riferimento del sensore

La deriva nel tempo delle funzioni di trasferimento

La deriva termica è legata alla dipendenza dalla temperatura delle proprietà fisiche del materiale ferromagnetico con cui è realizzato il nucleo. Inoltre vi è anche l’effetto delle deformazioni meccaniche dei vari elementi del sensore indotte dalle variazioni della temperatura. Il rapporto finito tra la sensibilità longitudinale e la sensibilità trasversale del sensore flux-gate in teoria dovrebbe essere infinito, vale a dire che la sensibilità trasversale dovrebbe essere nulla o piccolissima rispetto a quella longitudinale (tale rapporto dovrebbe essere maggiore di 100000). In pratica tale rapporto raramente supera 5000. Questo si riflette nella misura del campo in quanto viene misurata anche la componente ortogonale all’asse del sensore, sia pure ridotta di un fattore 5000. Ad esempio quando si misura la componente By, il sensore disposto lungo l’asse y misura non soltanto By ma anche il campo ortogonale all’asse y. Il campo ortogonale all’asse y, alle latitudini italiane, è confinato fra 40000 nT e 50000 nT, pertanto la misura di By è affetta da un errore di 8 nT. Tale errore si riflette nel calcolo della declinazione magnetica D di una quantità pari a 0.1 °. Il terzo punto riguarda la deriva nel tempo dello zero di riferimento delle misure. In pratica l’offset tra lo zero vero delle misure e lo zero strumentale varia nel tempo non soltanto a causa della temperatura ma varia anche per effetto dei meccanismi fisici che avvengono all’interno della struttura del materiale ferromagnetico. Queste cause sono le stesse che influenzano la deriva nel tempo delle funzioni di trasferimento dei sensori (punto 4). La deriva nel tempo di questi due parametri viene minimizzata impiegando nella realizzazione del nucleo del fluxgate (i sei toroidi) un materiale ferromagnetico non cristallino con uno spessore di pochi micrometri, in modo che le dimensioni trasversali siano dell’ordine di grandezza delle dimensioni dei domini magnetici. Tale fattore di laminazione fa sì che la magnetizzazione trasversale indotta nel materiale dal campo ortogonale sia la minima possibile.

La misura del campo magnetico con un magnetometro flux-gate consiste essenzialmente nell’apertura di una finestra temporale per un certo tempo t durante il quale viene effettuata la misura della grandezza legata al campo magnetico, nel nostro caso tale grandezza di mediazione è la differenza di potenziale, il segnale così campionato viene convertito in un segnale digitale e archiviato nella memoria del sistema.

L’innovazione introdotta nella presente proposta concerne la procedura di misura, il cui principio consiste nell’ impiego di una doppia finestra di misura. Nella prima finestra viene misurato il campo magnetico terrestre più un campo magnetico noto generato dalle bobine di Helmholtz calettate sui tre assi x, y e z (fig. 5). Nella seconda finestra viene misurato il campo magnetico terrestre più il campo di riferimento invertito:

<Pertanto sommando e sottraendo le due misure:>

In questo modo si perviene alla separazione del valore del campo magnetico esterno e del campo di riferimento misurati dallo stesso sensore.

Il campo magnetico di riferimento misurato viene poi confrontato con il valore vero dello stesso campo e da questo confronto è possibile calcolare i parametri che consentono di scalare il campo magnetico esterno misurato mediante una semplice regressione lineare. La determinazione del valore vero del campo magnetico esterno si basa sul fatto che il valore vero del campo di riferimento sia noto con estrema precisione e sia stabile nel tempo. La stabilità nel tempo e la precisione del campo di riferimento dipendono da tre fattori:

Indeformabilità nel tempo della struttura che sostiene le bobine di Helmholtz.

Uniformità del campo generato dalle bobine di Helmholtz nel volume occupato dai toroidi che costituiscono la parte sensibile del sensore.

Invariabilità nel tempo della corrente che fluisce nelle bobine di Helmholtz e che genera il campo magnetico di riferimento.

Queste tre condizioni vengono soddisfatte mediante l’impiego di una struttura portante del sensore triassiale realizzata in fibra di quarzo a bassa deformabilità termica, con l’impiego di tre bobine di Helmholtz avvolte sulla struttura cubica precedentemente descritta, a formare una terna ortogonale x, y e z, che generano un campo di circa 10 Gauss uniforme nel volume occupato dai sei sensori toroidali e con l’adozione di un generatore di corrente che alimenta le bobine di Helmholtz ad elevata stabilità garantita da un riferimento di tensione a bassa deriva termica ed elevata stabilità nel tempo (1 ppm/anno).

Sulle sei facce del cubo sono presenti delle scanalature in cui sono avvolte tre bobine di Helmholtz, una per ogni asse. Ciascuna bobina di Helmholtz è costituita da due bobine quadrate distanziate di un fattore 0.5445 il valore del lato della bobina. Le tre bobine di Helmholtz sono tra di loro ortogonali, ciascuna con il proprio asse disposto nelle tre direzioni x, y e z.

Il cubo è realizzato in fibra di quarzo, questo materiale è caratterizzato da un coefficiente di dilatazione termica estremamente basso, dell’ordine di 2 ppm (parti per milione per grado centigrado). La fibra di quarzo ha una elevata stabilità volumetrica nel tempo. La lavorazione meccanica delle componenti del cubo è stata eseguita con una tolleranza massima di 0.1 mm. Ciò garantisce un errore sulla nonortogonalità tra le facce del cubo di circa 0.1°. Questo errore di non-ortogonalità è costante nel tempo e non dipende dalla temperatura. Tuttavia questo errore si riflette sia sulla misura del campo sia sulla generazione e sulla misura del campo di riferimento. Nella fase di calibrazione viene determinata la matrice di correzione di tale errore, riallineando i tre assi del cubo con un operatore invariante, consentendo di ridurre l’errore di non ortogonalità a 0.0015° (6 secondi d’arco). Il campo magnetico di riferimento, in ogni punto della circonferenza del toroide, data la simmetria del campo prodotto dalle bobine di Helmholtz, è uniforme e costante nel tempo.

Poiché la conoscenza del valore vero del campo misurato implica la conoscenza di due parametri fondamentali:

il valore della costante magnetoelettrica k che lega il valore del campo magnetico alla grandezza di mediazione, vale a dire alla differenza di potenziale Il valore dell’offset tra lo zero del sensore e lo zero vero del campo misurato

Questi due parametri, e consentono di determinare il valore vero del campo misurato tramite la seguente relazione:

I due parametri vengono dedotti dalle due misure relative alle due finestre temporali di misura.

Secondo una forma esecutiva l’accelerometro per le piattaforme inerziali può essere configurato in modo da presentare le seguenti caratteristiche:

I tre elementi accelerometrici sono costituiti da altrettanti oscillatori armonici meccanici la cui massa (massa test) è connessa tramite un elemento elastico flessionale ad un riferimento fisso, a sua volta connesso rigidamente all’AUV le cui accelerazioni debbono essere misurate. Ogni accelerazione dell’AUV è vista dell’accelerometro come una accelerazione inerziale che agisce sulle masse test.

La componente dell’accelerazione diretta lungo l’asse sensibile di ognuno dei tre elementi, produce la deflessione dell’elemento elastico (lamella) determinando uno spostamento della massa test rispetto alla sua posizione di equilibrio; spostamento che segue la funzione di trasferimento dell’oscillatore armonico: per segnali a frequenze minori di quella di risonanza dell’oscillatore, dell’ordine di 10Hz, questo spostamento è proporzionale all’accelerazione con coefficiente pari a M/K, dove M è la massa test e K la costante elastica della molla di richiamo.

Un trasduttore capacitivo permette di trasformare gli spostamenti della massa test in tensione, la quale dopo essere stata amplificata per mezzo di un amplificatore a basso rumore, è digitalizzata con un convertitore A/D a 24bit; i dati digitali, dopo essere stati opportunamente mediati e filtrati, sono memorizzati e trasmessi tramite una porta seriale (tipo RS232). L’analogo trattamento è fatto per le tre componenti sismometriche di ogni singola unità.

La misura precisa della temperatura è utilizzata per la validazione della qualità del segnale sismometrico registrato, mentre il segnale GPS permette la sincronizzazione dei dati provenienti dalle diverse stazioni sismometriche con precisione dell’ordine del millesimo di secondo.

Da quanto sopra esposto appare chiaramente che il sistema secondo la presente invenzione comprende, oltre ad una IMU classica:

Un Magnetometro per la misura della giacitura del piano xy della terna cartesiana magnetometrica;

Un Accelerometro di alta precisione e ridotto bias.

Le misure magnetometriche delle tre componenti del campo magnetico terrestre vengono integrate con le seguenti altre misure:

I dati IGRF del campo magnetico di riferimento (fig. 16 e fig. 17),

Il modello di variazione diurna della declinazione magnetica (fig. 20),

I dati della variazione secolare (fig. 19) Il sistema così composto garantisce la georeferenziazione con precisione di

gradi per una zona spaziale dell’ordine dei 10Km, entro cui il campo magnetico si ritiene con buona approssimazione costante, fornendo il riferimento spaziale. Le successive misure magnetometriche eseguite con precisione migliore di , unitamente alle misure eseguite con l’accelerometro di alta precisione e ridotto bias, permettono di mantenere l’errore spaziale a valori minori di pochi m per la zona di navigazione in oggetto.

Il metodo secondo la presente invenzione consente di misurare la declinazione magnetica con una precisione dell’ordine di 0.05°, mentre la precisione nella misura relativa di D è di 0.001°. Questa differenza è dovuta alla propagazione degli errori nell’introdurre le correzioni IGRF alle misure relative di D per ottenere i valori assoluti .

La stazione magnetica proposta consente di effettuare la misura assoluta della declinazione magnetica D(*2) sul fondo del mare con l’ausilio dei dati IGRF(*1). La misura relativa della declinazione D viene effettuata rispetto alla terna cartesiana materializzata dal sensore magnetico. Questo valore viene corretto mediante il modello globale IGRF calcolato per la zona di navigazione al fine di ottenere il valore assoluto della D. Per estensioni dell’area di navigazione dell’ordine di qualche decina di km il valore della declinazione magnetica dedotto dall’IGRF è sufficientemente costante. Il piano xy del sistema di riferimento di misura viene georeferenziato per mezzo di un sistema inerziale a stato solido (clinometro biassiale).

Il magnetometro triassiale consente di effettuare la misura quasi assoluta delle componenti X, Y e Z con un’accuratezza di /-1 nT e una risoluzione di 10 pT.

Per la misura quasi assoluta delle componenti è stato progettato un sensore in cui la deriva termica è estremamente bassa grazie all’adozione di una simmetria cubica (fig. 10).

Il sensore del magnetometro è costituito da un cubo di resina al quarzo con bassissimo coefficiente di dilatazione termica (fig. 10). Inoltre per minimizzare l’effetto del campo magnetico trasversale, i 6 sensori sono mantenuti costantemente in campo nullo grazie a 3 bobine di Helmholtz all’interno delle quali sono posti i 6 sensori toroidali. Al fine di garantire la perfetta ortogonalità dei 3 assi, tutte le lavorazioni meccaniche vengono eseguite con una precisione di 0.05 mm.

Ciascun toroide è costituito da un anello di alluminio sulla cui circonferenza è avvolto un nastro di metglass 2714A trattato termicamente per ottenere una curva di isteresi caratterizzata da una permeabilità magnetica iniziale la più elevata possibile. Sull’anello è realizzato un avvolgimento toroidale di rame con filo da 0.2 mm. Sul cubo sono avvolte 6 bobine di rame, queste formano una configurazione di 3 bobine di Helmholtz quadrate ortogonali (fig. 11). Queste 3 bobine mantengono i 6 toroidi costantemente in campo magnetico nullo mediante una rete di controreazione .La compensazione dinamica del campo magnetico, simultaneamente sui 3 assi x, y e z, consente di eliminare quasi completamente le derive termiche derivanti dall’effetto dei campi trasversali sui 6 nuclei toroidali.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema automatico per la misura del campo magnetico totale a terra, il quale sistema comprende un sensore magnetico sotto forma di magnetometro triassiale omocentrico in combinazione con una unità inerziale di misurazione delle componenti del campo magnetico lungo tre assi fra loro perpendicolari, una unità di elaborazione configurati in modo da calcolare la misura assoluta dell'inclinazione e della declinazione magnetica in funzione dell'orientamento della terna cartesiana di misure magnetometriche, determinate dal sensore magnetico rispetto al riferimento XYZ geografico, determinato grazie alla detta unità inerziale.
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende una stazione di misurazione con una cassa in cui sono alloggiati il sensore magnetico e l'unità inerziale, essendo dette unità previste in posizioni relative predefinite e/o regolabili fra loro e relativamente alla cassa.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che l'unità inerziale è posizionata in modo tale per cui in condizione operativa del sistema, la misura del vettore <rotazione terrestre> <RT> viene riferita su tre assi (x, y, z) che prevedono il versore <z> parallelo all'asse <-g> e quindi con il piano [x , y] tangente allo sferoide terrestre nel punto di misura P avente le seguenti coordinate P=(Lat, Long).
4. 4. Sistema secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che l’unità di elaborazione in cui è caricato o caricabile un software di elaborazione è costituita da un processore e da almeno una memoria in cui è memorizzato un software di elaborazione e la quale unità di elaborazione esegue il detto software di elaborazione per la ricerca del riferimento geodetico.
5. 5. Sistema secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui l'unità inerziale è costituita dalla combinazione di una piattaforma inerziale azimutale e di una piattaforma inerziale Zenitale.
6. 6. Sistema secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui nella cassa di alloggiamento il magnetometro triassiale è interposto fra le dette due piattaforme inerziali.
7. 7. Sistema secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che comprende bobine di auto calibrazione del magnetometro che sono esterne al magnetometro stesso e sono alloggiate nella cassa del sistema.
8. 8. Sistema secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui il sensore magnetico è formato da un corpo perfettamente cubico essendo ciascuna faccia provvista di una rientranza cilindrica di alloggiamento di un sensore magnetico, essendo le rientranze cilindriche e quindi i sensori magnetici relativi a due facce opposte dalla struttura cubica coassiali fra loro ed essendo i detti sensori magnetici costituiti da bobine toroidali, con avvolgimenti orientati in direzione assiale, mentre sono previste stabilmente montate sul detto corpo cubico, tre bobine di Helmholtz all' interno delle quali sono disposti i sensori magnetici essendo ciascuna delle tre bobine di Helmholtz orientata con il suo campo magnetico parallelo all'asse di una delle tre coppie di bobine toroidali che costituiscono i sensori magnetici.
9. 9. Sistema secondo una o più delle precedenti rivendicazioni in cui un accelerometro di elevata sensibilità e basso valore di bias, permettono il controllo della navigazione con un errore orizzontale inferiore ai 20m, per quel che concerne l’errore radiale.
10. 10. Metodo di misurazione del campo magentico con un sistema secondo una o più delle rivendicazioni 1 a 9, il quale metodo prevede una doppia finestra temporale di misura,, venendo nella prima finestra misurato il campo magnetico terrestre più un campo magnetico noto generato dalle bobine di Helmholtz calettate sui tre assi x, y e z e venendo nella seconda finestra viene misurato il campo magnetico terrestre più il campo di riferimento invertito, venendo le due misure eseguite nelle due finestre temporali sommate e sottratte fra loro per separare il valore del campo magnetico esterno e del campo magnetico di riferimento e venendo il campo magnetico di riferimento misurato confrontato con il valore nominale dello stesso campo determinando da questo confronto dei parametri di scalatura del campo magnetico esterno misurato.
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 11 in cui la scalatura del campo magnetico esterno misurato è eseguita mediante una semplice regressione lineare.