Bias

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O viés (bias) refere-se a um erro sistemático nas medições do sensor, representando um desvio persistente entre a saída do sensor e a quantidade física real. Ele geralmente aparece nas mesmas unidades da medição do sensor. Os giroscópios relatam medições em graus por hora (°/h) ou radianos por segundo (rad/s). As medições de acelerômetros são apresentadas em metros por segundo ao quadrado (m/s²) ou múltiplos da aceleração gravitacional (g).

O viés 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 viés do acelerômetro, de forma semelhante, aparece como um desvio constante de aceleração que, quando integrado ao longo do tempo, gera erros de velocidade e posição.

Impacto em casos reais

Em muitas aplicações de alta precisão, essas medições variam e não permanecem estritamente constantes. Condições ambientais, como a temperatura, podem influenciar seus valores. Os engenheiros compensam essas variações por meio de calibração ou estimativa 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. Esse acúmulo o torna uma fonte crítica de erro na navegação inercial.

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

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

Equação: y_m = y_t + b + n

Os engenheiros devem identificar, calibrar e compensar adequadamente para minimizar os erros cumulativos de navegação. O gerenciamento adequado garante o posicionamento preciso e a orientação confiável ao longo do tempo. Essa abordagem é especialmente crítica em ambientes sem GNSS (GNSS-denied) ou de alta dinâmica.

Os engenheiros podem medir muitos parâmetros diferentes em IMUs e INS. Eles incluem estabilidade de bias em operação (in-run), repetitividade e bias em função da temperatura.