Bias

Bias refere-se a um erro sistemático nas medições do sensor, representando um desvio persistente entre a saída do sensor e a verdadeira grandeza física. Geralmente, ele aparece nas mesmas unidades da medição do sensor. Os giroscópios reportam medições em graus por hora (°/h) ou radianos por segundo (rad/s). As medições dos acelerômetros são apresentadas em metros por segundo ao quadrado (m/s²) ou múltiplos da aceleração gravitacional (g).

O bias do giroscópio manifesta-se como um desvio constante da taxa angular, resultando em erros nas estimativas de orientação que se acumulam ao longo do tempo, mesmo quando o sensor está estacionário. O bias do acelerômetro, de forma similar, aparece como um desvio constante de aceleração que, quando integrado ao longo do tempo, gera erros de velocidade e posição.

Em muitas aplicações de alta precisão, essas medições variam e não permanecem estritamente constantes. Condições ambientais, como a temperatura, podem influenciar seus valores. Engenheiros compensam essas variações através de calibração ou estimação em tempo real para manter um desempenho preciso.

Ao contrário do ruído aleatório, que flutua em torno de zero, o bias permanece sistemático e se acumula continuamente ao longo do tempo. Essa acumulação o torna uma fonte crítica de erro na navegação inercial.

Sistemas de navegação integrados, como INS auxiliado por GNSS, estimam e corrigem ativamente o bias usando algoritmos de fusão de sensores. Engenheiros frequentemente implementam esses algoritmos com filtros de Kalman ou técnicas relacionadas para manter uma navegação precisa e um desempenho confiável.

Matematicamente, uma medição de sensor (y_m) pode ser representada como a soma do valor verdadeiro (y_t), o bias (b), e o ruído aleatório (n), onde o componente de bias é a parte determinística que impulsiona o drift de longo prazo.

Equação: y_m = y_t + b + n

Engenheiros devem identificar, calibrar e compensar adequadamente para minimizar erros de navegação cumulativos. Uma gestão adequada garante posicionamento preciso e orientação confiável ao longo do tempo. Essa abordagem é especialmente crítica em ambientes com GNSS negado ou de alta dinâmica.

Engenheiros podem medir muitos parâmetros diferentes em IMUs e INS. Estes incluem estabilidade de bias em operação, repetibilidade e bias em função da temperatura.