Calibração de Bússola

O magnetômetro do telefone é sensível a duas fontes de erro. Bias ferro-duro vem de ímãs permanentes dentro do telefone (alto-falantes, motor de vibração) e capas de metal — esses adicionam um offset constante a todos os três eixos magnéticos. Distorção ferro-macio vem de materiais ferromagnéticos que distorcem o campo ao seu redor quando o telefone rotaciona — esses escalam e inclinam o campo aparente. Ambos os erros se acumulam à medida que o telefone é sacudido e o ambiente magnético próximo muda. Sem calibração, sua bússola pode apontar 20–60° fora do rumo verdadeiro. Sistemas operacionais de telefone executam calibração contínua em segundo plano mas só têm sucesso quando você rotaciona o dispositivo o suficiente. Esta ferramenta dá uma verificação deliberada em vez de esperar movimento ambiente fazer.

Interpretação prática do desvio entre rumo de magnetômetro e giroscópio após movimento de calibração em oito: abaixo de 3° é excelente, o tipo de precisão necessária para apps de navegação AR e topografia; 3–7° é bom e aceitável para caminhadas, geocaching e navegação casual; 7–15° é medíocre e causará deriva notável em busca de rotas ao ar livre; acima de 15° significa que seu telefone precisa recalibração imediata via configurações do SO ou um oito mais forte. A bússola externa padrão precisa de cerca de 2° de precisão para ser útil a 10 km de distância — um erro de rumo de 2° projeta-se a 350 metros de incerteza de posição. A declinação magnética (a diferença entre norte verdadeiro e magnético) varia por localização e adiciona 0–20° em cima dependendo de onde você está, então a maioria dos apps de bússola aplica uma correção de declinação de uma consulta do Modelo Magnético Mundial.

O campo magnético da Terra é cerca de 25–65 μT dependendo da latitude. Qualquer massa ferromagnética próxima distorce esse campo localmente. Um laptop na mesa, uma luminária de metal, uma geladeira, as barras de aço em um piso de concreto, ou até uma faca de cozinha em uma gaveta podem deslocar sua leitura de magnetômetro em 5–50 μT a curta distância. Mover-se pelo quarto o move entre essas zonas de distorção, mudando seu rumo magnético aparente mesmo que seu giroscópio reporte corretamente nenhuma rotação real. Por isso telefones frequentemente instruem a calibrar "longe de eletrônicos e objetos metálicos" — a calibração só funciona bem se fizer média sobre muitas orientações em um campo aproximadamente uniforme. Calibração externa em chão aberto sempre produz desvio mais apertado do que calibração interna.

O movimento em oito no ar varre o telefone por orientações tridimensionais que abrangem todos os seis "octantes" do espaço de orientação (a esfera de todas as atitudes possíveis do telefone). Bias ferro-duro aparece como offset constante no vetor magnético — o oito permite ao algoritmo de calibração ajustar uma esfera às suas leituras de magnetômetro, e o centro dessa esfera é o offset ferro-duro a subtrair. Distorção ferro-macio é mais complexa — ela distorce a esfera em um elipsoide, e o algoritmo ajusta um elipsoide depois calcula a transformação linear que a re-esferiza. Sem um movimento 3D, calibrar apenas girando ao redor do eixo vertical não pode encontrar o componente ferro-duro vertical ou a inclinação ferro-macio. O oito tipicamente leva 5–10 segundos de movimento relaxado de pulso.

Leituras de magnetômetro são absolutas (sempre referenciadas ao campo da Terra) mas ruidosas e lentas para atualizar porque o campo é pequeno. Leituras de giroscópio são relativas (só medem taxa de rotação) mas muito rápidas e limpas. Algoritmos de fusão de sensores — Mahony, Madgwick e variantes do filtro Kalman — os combinam com filtragem complementar: em altas frequências (movimento rápido), confie no giroscópio; em baixas frequências e ao longo de segundos, traga a estimativa do giroscópio de volta à leitura do magnetômetro para prevenir deriva ilimitada. A fusão roda a 100–400 Hz e produz um rumo suave de baixa latência que lida tanto com curvas rápidas quanto com estabilidade de longo prazo lenta. iOS e Android ambos executam essa fusão no nível do SO usando o coprocessador de movimento Apple série A ou o Qualcomm Sensor Hub respectivamente.

Sim, mas apenas com ímãs fortes. Um ímã típico de geladeira (cerca de 5 mT de campo na superfície) é muito fraco para afetar permanentemente o sensor, embora obviamente perturbe as leituras enquanto próximo. Ímãs de neodímio usados em capas de telefone ou fones VR (50–500 mT) podem magnetizar permanentemente os componentes de ferro dentro do telefone, criando um bias ferro-duro permanente que a calibração deve contornar. Máquinas MRI (1,5–7 T) absolutamente destruirão a calibração de um magnetômetro e podem danificar outros sensores — nunca leve um telefone a uma suíte MRI. Ímãs MagSafe da Apple (cerca de 30 mT) são ajustados para estar logo abaixo do limiar de magnetização permanente. Se seu telefone permanentemente mostra um bias de 50–100 μT mesmo após calibração cuidadosa, um ímã provavelmente passou muito perto.

O Modelo Magnético Mundial (WMM) é o produto conjunto do Centro Nacional de Dados Geofísicos dos EUA e o British Geological Survey, atualizado a cada cinco anos (edição atual WMM2025 válida até 2029). Modela o campo principal geomagnético como uma expansão harmônica esférica de grau 12 e fornece declinação, inclinação, intensidade total e intensidade horizontal em qualquer localização e data. Padrões de bússola de aviação e marítima (ISO 25862 para bússolas marítimas, FAA TSO-C-46a para aeronaves) requerem precisão ±2° após calibração. Magnetômetros de telefone tipicamente atendem ±5° após calibração quando longe de metal. Os próprios chips MEMS (Bosch BMM150, ST LIS3MDL, AKM AK099xx) seguem padrões de sensor industrial como JEDEC JESD22 para sobrevivência a choque. A API Web Generic Sensor expõe leituras de magnetômetro calibradas já corrigidas pelo SO para offsets ferro-duro.