Sesgo

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El sesgo se refiere a un error sistemático en las mediciones de un sensor, que representa una desviación persistente entre el resultado del sensor y la magnitud física real. Suele aparecer en las mismas unidades que la medición del sensor. Los giroscopios expresan sus mediciones en grados por hora (°/h) o radianes por segundo (rad/s). Las mediciones de los acelerómetros se presentan en metros por segundo al cuadrado (m/s²) o en múltiplos de la aceleración gravitatoria (g).

El sesgo del giroscopio se manifiesta como un desfase constante en la velocidad angular, lo que da lugar a errores en las estimaciones de orientación que se acumulan con el tiempo, incluso cuando el sensor está inmóvil. El sesgo del acelerómetro, de forma similar, se manifiesta como un desfase constante en la aceleración, lo que, al integrarse a lo largo del tiempo, genera errores de velocidad y posición.

Repercusión en casos reales

En muchas aplicaciones de alta precisión, estas mediciones varían y no se mantienen estrictamente constantes. Las condiciones ambientales, como la temperatura, pueden influir en sus valores. Los ingenieros compensan estas variaciones mediante la calibración o la estimación en tiempo real para mantener un rendimiento preciso.

A diferencia del ruido aleatorio, que fluctúa en torno a cero, el sesgo sigue siendo sistemático y se acumula continuamente con el tiempo. Esta acumulación lo convierte en una fuente de error crítica en la navegación inercial.

Los sistemas de navegación integrados, como GNSS-aided INS, estiman y corrigen activamente el sesgo utilizando algoritmos de fusión de sensores. Los ingenieros suelen implementar estos algoritmos con filtros de Kalman o técnicas relacionadas para mantener una navegación precisa y un rendimiento fiable.

Matemáticamente, una medición de un sensor (_ym) puede representarse como la suma del valor verdadero (_yt), el sesgo (b) y el ruido aleatorio (n), donde el componente de sesgo es la parte determinista que provoca la deriva a largo plazo.

Ecuación: _{ym = yt +} b + n

Los ingenieros deben identificar, calibrar y compensar adecuadamente estos factores para minimizar los errores de navegación acumulados. Una gestión adecuada garantiza un posicionamiento preciso y una orientación fiable a lo largo del tiempo. Este enfoque resulta especialmente crítico en entornos en los que no se dispone de « GNSS » o en entornos altamente dinámicos.

Los ingenieros pueden medir muchos parámetros diferentes en las IMU y en INS. Entre ellos se incluyen la estabilidad del sesgo durante el funcionamiento, la repetibilidad y la variación del sesgo en función de la temperatura.