El Nano se basa en un sensor de presión de muy alta calidad y, en la revisión 4 y posteriores, también en un sensor de movimiento. Esta página explica de dónde salen sus cifras, qué precisión tienen y las pocas cosas que pueden afectarlas, para que sepa qué esperar de sus datos.
El sensor de presión
La altitud del Nano procede de medir la presión del aire con el Bosch BMP581, uno de los sensores barométricos más precisos del mercado. Es un sensor capacitivo de 24 bits con una precisión relativa de aproximadamente medio metro y un ruido tan bajo que distingue cambios de altitud de unos pocos centímetros. Su diseño capacitivo supone un avance frente a los sensores piezorresistivos de diseños anteriores, con mucho menos ruido, menor consumo y mayores velocidades de datos. También mide su propia temperatura y compensa sus lecturas de presión en el propio chip, lo que mantiene precisa la presión bruta cuando el sensor se calienta o se enfría.
Hacemos funcionar el BMP581 a 80 Hz con sobremuestreo de 16: por cada valor de presión que entrega, realiza 16 mediciones internas y las promedia, así que unas 1280 mediciones por segundo alimentan los datos. Se cambia velocidad de conversión bruta por un ruido mucho menor, con margen de sobra incluso para un impulso rápido. Dicho de forma sencilla, el sensor es mucho más preciso de lo predecible que es la atmósfera que mide, así que rara vez es el factor limitante de sus resultados.
Las placas de revisión 1 a 3 usan el antiguo Bosch BMP390, un sensor piezorresistivo, a 50 Hz con sobremuestreo de 8, el máximo que admite. Sigue siendo un sensor muy capaz, y solo se fabricaron unas pocas placas antes del paso al BMP581.
launch_detect en 1 m, coloque el Nano sobre una mesa y espere a los parpadeos verdes. Luego láncelo sobre algo al menos un metro y medio más alto, como lo alto de un armario, y déjelo allí. Un lanzamiento a mano no suele dar empuje constante suficiente para la confirmación rápida, así que confirma solo por altura tras 2,5 segundos; por eso tiene que caer en un sitio que lo mantenga por encima de la altura de detección. La altura final en el gráfico es la del armario sobre la mesa, con una precisión sorprendente para una medición basada en la presión. Recuerde restablecer launch_detect antes de volar.Cómo se calcula la altitud
El Nano convierte la presión medida en altura mediante la atmósfera estándar internacional (ISA), el modelo que se usa en aviación y en competición, con una presión a nivel del mar de 1013,25 hPa y una temperatura de 15 °C. Estos valores están fijados en el firmware y no pueden cambiarse, así que cada vuelo, y cada participante, se mide exactamente con la misma base. La conversión coincide exactamente con la fórmula de la FAI:
altitud (m) = ((15 + 273,15) ÷ 0,0065) × (1 − (presión ÷ 1013,25)0.190266669)
Sin embargo, la presión es solo una parte de la historia. En todo vuelo hay momentos en que la presión que ve el sensor es errónea: el motor y el flujo de aire la alteran en el despegue, la carga de eyección envía un impulso a través del cohete, y el viento y la luz pueden provocar picos. Incluso el aire que pasa junto a los orificios de ventilación puede causar errores en la presión. Por sí sola, una curva de presión mostraría todo esto como falsos ascensos y descensos.
Por eso, al guardar el vuelo, el Nano aplica nuestro procesamiento TrueFuse y TruePath a todo el vuelo. En la revisión 4 y posteriores, TrueFuse usa el sensor de movimiento para mantener correcta la altitud durante el despegue, donde la presión no es fiable, y salva otras breves perturbaciones de presión. Después TruePath elimina picos como el impulso de eyección y suaviza la curva. La altitud, la velocidad y el apogeo de su registro proceden de esa curva corregida, y la altitud barométrica bruta se conserva a su lado, para que siempre pueda ver lo que midió el sensor.
Cómo funciona, y cómo se calculan la velocidad y el apogeo, está en la página TrueFuse, TruePath y apogeo.
La referencia de suelo
Cada altura se mide desde la plataforma, así que el Nano necesita un cero totalmente estable. Al final del arranque toma una breve serie de lecturas de presión, descarta la más alta y la más baja y promedia el resto, lo que da un punto de partida limpio aunque se esté moviendo el cohete.
Mientras espera en la plataforma conserva en memoria los últimos segundos y sigue la lenta deriva de la presión con los cambios del tiempo, ignorando los saltos bruscos como colocar la ojiva. Cuando se detecta un despegue, el cero de todo el vuelo se fija con la media de las lecturas tomadas entre 4 y 8 segundos antes de ese momento. Promediar cuatro segundos de datos elimina el ruido, y como esas lecturas son anteriores al despegue, el propio ascenso no puede arrastrar el cero hacia arriba.
El cero es la media de las lecturas tomadas entre 4 y 8 segundos antes de la detección del despegue, todas anteriores al despegue, y se usa para todo el vuelo.
Qué afecta a la altitud en la práctica
El sensor en sí rara vez es el límite. Lo que mueve las cifras es el aire del día, el propio vuelo y cómo está instalado el Nano.
Las condiciones del día
El Nano calcula la altura con la atmósfera estándar: una presión del aire a nivel del suelo de 1013,25 hPa y una temperatura de 15 °C. El día del vuelo, el aire real casi nunca es exactamente así, y ambos valores influyen en cómo un cambio de presión se convierte en un cambio de altura:
- Temperatura. El aire caliente es menos denso de lo que supone el estándar, así que el cohete sube más para la misma caída de presión, y con aire frío ocurre lo contrario. El efecto es de aproximadamente un 1 % por cada 3 °C de diferencia con 15 °C.
- Presión del aire. La presión en el lugar de lanzamiento depende del tiempo y de la altitud del lugar. Cuando difiere del estándar, la altura varía muy ligeramente, aproximadamente un 0,2 % por cada 10 hPa.
Son efectos pequeños, y puede corregir ambos después del vuelo. En el gráfico del vuelo de Altimeter Cloud, introduzca la presión real a nivel del suelo y la temperatura del día, y el gráfico recalcula la altitud en consecuencia. Después puede descargar el registro de vuelo ajustado si lo necesita.
El propio vuelo
- Despegue. El motor y la ráfaga de aire al salir de la plataforma alteran la presión por un momento.
- Flujo de aire junto a los orificios de ventilación. La velocidad y el ángulo del cohete respecto al flujo de aire cambian la presión que ven los orificios.
- Vuelo transónico y supersónico. Cerca y por encima de la velocidad del sonido, las ondas de choque alrededor del cohete pueden causar grandes errores de presión.
- Eyección. La carga envía un impulso de presión a través del cohete.
Por sí solos, aparecerían como falsos ascensos y descensos. TrueFuse y TruePath corrigen la mayoría al guardar el vuelo, y la altitud barométrica bruta se conserva siempre en el registro junto a la corregida.
La instalación
- Orificios de ventilación. El sensor solo es tan bueno como el aire que le llega. Unos orificios escasos, demasiado pequeños o mal colocados hacen que la lectura se retrase o derive. Consulte la calculadora de orificios de ventilación.
- Luz. Los sensores de presión son sensibles a la luz, así que monte el Nano bajo su tapa y mantenga pequeños los orificios de ventilación. Consulte Instalación del altímetro.
El Nano
- Calentamiento tras el USB. La carga calienta un poco la placa. Si el Nano acaba de estar conectado por USB, déjelo en modo vuelo hasta seis minutos para que se adapte a la temperatura ambiente antes del despegue.
- Altitud muy elevada. El sensor está especificado hasta unos 300 hPa, unos 9200 m (30 000 ft) en la atmósfera estándar. Por encima, lo más probable es que siga registrando una altitud verosímil, pero su precisión no está caracterizada, así que no podemos garantizarla.
El sensor de movimiento (revisión 4 y posteriores)
Las placas de revisión 4 y posteriores llevan además un sensor de movimiento ST LSM6DSO32, que reúne acelerómetro y giroscopio. Ambos funcionan siempre a escala completa, así que ni un impulso fuerte se sale de escala. Proporcionan la curva de aceleración, los ángulos de despegue y de la guía y la inclinación durante el vuelo, ayudan a confirmar un despegue real y son lo que usa TrueFuse para corregir la altitud durante el despegue y en otros momentos en que la presión no es fiable.
| Propiedad | Acelerómetro | Giroscopio |
|---|---|---|
| Rango | ±32 g | ±2000 °/s |
| Resolución por paso | 0,976 mg | 0,07 °/s |
| Resolución de salida | 16 bits | 16 bits |
Con high_speed_sensor activado, el valor predeterminado, el sensor de movimiento muestrea a 1667 Hz (o el giroscopio a 3333 Hz con el ajuste 2) y cada fila registrada es la media de esas muestras. Así se contrarresta el efecto de las vibraciones del motor y la estructura en las lecturas, y la aceleración, la rotación y los ángulos registrados salen más limpios.
Para los ángulos, el giroscopio sigue la actitud del cohete durante el vuelo a partir de un cero que mide en la plataforma. Solo se confía en el acelerómetro donde realmente mide la gravedad, en la plataforma y en un descenso lento, porque el empuje y el giro lo vuelven engañoso. Así el empuje del motor no puede desviar los ángulos, que es donde fallan los filtros de fusión genéricos en un cohete. No hay magnetómetro, así que el rumbo puede derivar lentamente, pero en el breve tiempo de un vuelo la deriva es pequeña.
Para sacarle el máximo partido, monte el Nano firmemente y a escuadra con el cohete, calibre la IMU y deje el cohete quieto en la plataforma aproximadamente un minuto antes del despegue para que el Nano afine su giroscopio. Un montaje suelto falsea los ángulos.
Qué guarda el registro
Cada columna se guarda con la precisión adecuada a lo que mide, en lugar de con todos los dígitos del sensor, lo que mantiene los archivos en un tamaño manejable con todo el detalle necesario. Los registros ACLZ, el formato predeterminado, contienen los mismos datos con la misma precisión que un CSV, más la altitud barométrica bruta antes de cualquier procesamiento.
| Columna | Unidad | Se guarda como |
|---|---|---|
| Tiempo | ms | 2 decimales (10 microsegundos) |
| Altitud | m | 3 decimales |
| Velocidad | m/s | 2 decimales |
| Aceleración X, Y, Z | mg | Números enteros |
| Aceleración total | mg | 1 decimal |
| Giroscopio X, Y, Z | °/s | Números enteros |
| Cabeceo, alabeo, guiñada, inclinación | grados | 2 decimales |
| Temperatura de la placa | °C | 2 decimales, una de cada 50 filas |
Presión (Rev 1 a 3, o con include_pressure) | hPa | 6 decimales, calculada a partir de la altitud final |
Los tiempos son relativos al despegue, así que las filas de la plataforma anteriores al despegue son negativas. Las columnas de movimiento solo existen en las placas de revisión 4 y posteriores. Consulte Formato del registro de vuelo para la estructura completa.