Hiệu chỉnh la bàn

Từ kế điện thoại nhạy với hai nguồn lỗi. Sai số sắt-cứng đến từ nam châm vĩnh cửu bên trong điện thoại (loa, mô-tơ rung) và ốp kim loại — chúng thêm offset không đổi vào cả ba trục từ. Méo sắt-mềm đến từ vật liệu sắt từ làm cong từ trường khi điện thoại xoay — chúng tỷ lệ và nghiêng trường biểu kiến. Cả hai lỗi tích lũy khi điện thoại bị xóc và khi môi trường từ gần đó thay đổi. Không hiệu chuẩn, la bàn của bạn có thể chỉ lệch 20–60° so với hướng thật. Hệ điều hành điện thoại chạy hiệu chuẩn liên tục nền nhưng chỉ thành công khi bạn xoay thiết bị đủ. Công cụ này cho bạn kiểm tra có chủ đích thay vì chờ chuyển động môi trường làm việc đó.

Diễn giải thực tế của độ lệch giữa hướng từ kế và con quay sau chuyển động hiệu chuẩn hình số 8: dưới 3° là xuất sắc, loại độ chính xác cần cho ứng dụng định hướng AR và đo đạc; 3–7° là tốt và chấp nhận được cho đi bộ đường dài, geocaching và định hướng thông thường; 7–15° là trung bình và sẽ gây trôi đáng chú ý trong tìm đường ngoài trời; trên 15° nghĩa là điện thoại bạn cần hiệu chuẩn lại ngay qua cài đặt HĐH hoặc hình số 8 mạnh hơn. La bàn ngoài trời tiêu chuẩn cần độ chính xác khoảng 2° để hữu ích ở khoảng cách 10 km — lỗi hướng 2° chiếu thành 350 mét bất định vị trí. Độ lệch từ (khác biệt giữa bắc thật và bắc từ) thay đổi theo vị trí và thêm 0–20° trên tùy nơi bạn ở, nên hầu hết ứng dụng la bàn áp dụng hiệu chỉnh độ lệch từ tra cứu Mô hình Từ Thế giới.

Từ trường Trái Đất khoảng 25–65 μT tùy vĩ độ. Bất kỳ khối lượng sắt từ gần đó nào cũng làm méo trường đó cục bộ. Laptop trên bàn, đèn kim loại, tủ lạnh, thép gân trong sàn bê tông hoặc thậm chí dao bếp trong ngăn kéo có thể thay đổi đọc số từ kế 5–50 μT ở khoảng cách gần. Di chuyển qua phòng di chuyển bạn giữa các vùng méo này, thay đổi hướng từ biểu kiến mặc dù con quay báo cáo đúng không có xoay thực tế. Đây là lý do điện thoại thường hướng dẫn hiệu chuẩn "xa thiết bị điện tử và vật kim loại" — hiệu chuẩn chỉ hoạt động tốt nếu nó trung bình qua nhiều hướng trong trường gần đồng đều. Hiệu chuẩn ngoài trời trên mặt đất mở luôn tạo độ lệch chặt hơn hiệu chuẩn trong nhà.

Chuyển động hình số 8 trong không khí quét điện thoại qua các hướng ba chiều bao trùm tất cả sáu "octant" của không gian hướng (mặt cầu của tất cả các tư thế điện thoại có thể). Sai số sắt-cứng xuất hiện như offset không đổi trên vector từ — hình số 8 cho phép thuật toán hiệu chuẩn khớp một mặt cầu với đọc số từ kế của bạn, và tâm của mặt cầu đó là offset sắt-cứng cần trừ. Méo sắt-mềm phức tạp hơn — nó làm cong mặt cầu thành ellipsoid, và thuật toán khớp ellipsoid rồi tính biến đổi tuyến tính làm nó trở lại hình cầu. Không có chuyển động 3D, hiệu chuẩn chỉ bằng cách xoay quanh trục thẳng đứng không thể tìm thành phần sắt-cứng thẳng đứng hoặc nghiêng sắt-mềm. Hình số 8 thường mất 5–10 giây chuyển động cổ tay thư giãn.

Đọc số từ kế là tuyệt đối (luôn tham chiếu trường Trái Đất) nhưng ồn và cập nhật chậm vì trường nhỏ. Đọc số con quay là tương đối (chỉ đo tốc độ xoay) nhưng rất nhanh và sạch. Thuật toán hợp nhất cảm biến — Mahony, Madgwick và biến thể lọc Kalman — kết hợp chúng với lọc bổ sung: ở tần số cao (chuyển động nhanh), tin tưởng con quay; ở tần số thấp và qua giây, kéo ước tính con quay trở về đọc số từ kế để ngăn trôi vô hạn. Hợp nhất chạy ở 100–400 Hz và tạo ra hướng mượt độ trễ thấp xử lý cả lượt quay nhanh và ổn định lâu dài chậm. iOS và Android đều chạy hợp nhất này ở cấp HĐH dùng đồng xử lý chuyển động Apple A-series hoặc Qualcomm Sensor Hub tương ứng.

Có, nhưng chỉ với nam châm mạnh. Nam châm tủ lạnh điển hình (khoảng 5 mT trường tại bề mặt) quá yếu để ảnh hưởng vĩnh viễn cảm biến, mặc dù rõ ràng sẽ đánh lệch đọc số khi gần. Nam châm neodymium dùng trong ốp điện thoại hoặc tai nghe VR (50–500 mT) có thể từ hóa vĩnh viễn các thành phần sắt bên trong điện thoại, tạo sai số sắt-cứng vĩnh viễn mà hiệu chuẩn phải vòng quanh. Máy MRI (1,5–7 T) sẽ chắc chắn phá hủy hiệu chuẩn từ kế và có thể làm hỏng cảm biến khác — đừng bao giờ mang điện thoại vào phòng MRI. Nam châm MagSafe của Apple (khoảng 30 mT) được điều chỉnh để vừa dưới ngưỡng từ hóa vĩnh viễn. Nếu điện thoại bạn liên tục hiển thị sai số 50–100 μT ngay cả sau khi hiệu chuẩn cẩn thận, có thể một nam châm đã đi qua quá gần.

Mô hình Từ Thế giới (WMM) là sản phẩm chung của Trung tâm Dữ liệu Địa vật lý Quốc gia Mỹ và Khảo sát Địa chất Anh, cập nhật mỗi năm năm (phiên bản hiện tại WMM2025 hợp lệ đến 2029). Nó mô hình trường địa từ chính như khai triển điều hòa cầu cấp 12 và cung cấp độ lệch, độ nghiêng, cường độ tổng và cường độ ngang tại bất kỳ vị trí và ngày nào. Tiêu chuẩn la bàn hàng không và hàng hải (ISO 25862 cho la bàn hàng hải, FAA TSO-C-46a cho máy bay) yêu cầu độ chính xác ±2° sau hiệu chuẩn. Từ kế điện thoại thường đạt ±5° sau hiệu chuẩn khi xa kim loại. Bản thân các chip MEMS (Bosch BMM150, ST LIS3MDL, AKM AK099xx) tuân theo tiêu chuẩn cảm biến công nghiệp như JEDEC JESD22 về sống sót va chạm. Web Generic Sensor API hiển thị đọc số từ kế đã hiệu chuẩn đã được HĐH sửa cho offset sắt-cứng.