Bias

Ritorna al Glossario

Il bias indica un errore sistematico nelle misurazioni del sensore, che rappresenta uno scostamento persistente tra l’uscita del sensore e la grandezza fisica reale. Di solito si presenta nelle stesse unità di misura del sensore. I giroscopi riportano le misurazioni in gradi all’ora (°/h) o in radianti al secondo (rad/s). Le misurazioni degli accelerometri sono espresse in metri al secondo al quadrato (m/s²) o in multipli dell’accelerazione di gravità (g).

Il bias del giroscopio si manifesta come uno scostamento costante della velocità angolare, causando errori nelle stime di orientamento che si accumulano nel tempo anche quando il sensore è fermo. Il bias dell’accelerometro, analogamente, si presenta come uno scostamento costante dell’accelerazione che, se integrato nel tempo, genera errori di velocità e di posizione.

Impatto nei casi reali

In molte applicazioni ad alta precisione, queste misurazioni variano e non rimangono rigorosamente costanti. Le condizioni ambientali, come la temperatura, possono influenzarne i valori. Gli ingegneri compensano queste variazioni tramite la calibrazione o la stima in tempo reale per garantire prestazioni accurate.

A differenza del rumore casuale, che oscilla intorno allo zero, il bias rimane sistematico e si accumula continuamente nel tempo. Questo accumulo lo rende una fonte di errore critica nella navigazione inerziale.

I sistemi di navigazione integrati, come GNSS-aided INS, stimano e correggono attivamente il bias utilizzando algoritmi di fusione dei sensori. Gli ingegneri implementano spesso questi algoritmi con filtri di Kalman o tecniche correlate per garantire una navigazione accurata e prestazioni affidabili.

Matematicamente, una misurazione del sensore (_ym) può essere rappresentata come la somma del valore reale (_yt), del bias (b) e del rumore casuale (n), dove la componente di bias è la parte deterministica che determina la deriva a lungo termine.Equazione di

: _{ym = yt +} b + n

Gli ingegneri devono identificare, calibrare e compensare correttamente questi fattori per ridurre al minimo gli errori di navigazione cumulativi. Una gestione adeguata garantisce un posizionamento accurato e un orientamento affidabile nel tempo. Questo approccio è particolarmente critico in ambienti privi di dati di " GNSS" o altamente dinamici.

Gli ingegneri possono misurare molti parametri diversi nelle IMU e nelle INS. Questi includono la stabilità del bias durante il funzionamento, la ripetibilità e la variazione del bias in funzione della temperatura.