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Bias
Per “bias” si intende 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. Le misurazioni dei giroscopi sono espresse in gradi all’ora (°/h) o radiani 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 posizione.
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 mantenere prestazioni accurate.
A differenza del rumore casuale, che oscilla intorno allo zero, la deriva rimane sistematica e si accumula continuamente nel tempo. Questo accumulo la rende una fonte critica di errore nella navigazione inerziale.
I sistemi di navigazione integrati, come INSGNSS, stimano e correggono attivamente la deriva 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 tali componenti 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 GNSS o altamente dinamici.
Gli ingegneri possono misurare molti parametri diversi nelle IMU e INS. Questi includono la stabilità del bias durante il funzionamento, la ripetibilità e la variazione del bias in funzione della temperatura.
