Fusione dei sensori
La fusione dei sensori è il processo che consiste nel combinare le misurazioni provenienti da più sensori eterogenei per stimare lo stato di un sistema con maggiore accuratezza, affidabilità e robustezza rispetto a quanto possa fornire un singolo sensore. Nella navigazione inerziale, la fusione dei sensori integra i dati provenienti da IMU, ricevitori GNSS , magnetometri, odometri, DVL, telecamere, LiDAR e altri sensori ausiliari per stimare in modo continuo posizione, velocità e assetto.
Ogni sensore presenta punti di forza e limiti distinti. I giroscopi e gli accelerometri MEMS forniscono misurazioni di movimento ad alta frequenza con un’eccellente stabilità a breve termine, ma accumulano bias e deriva nel tempo a causa della navigazione a stima. Al contrario, l’ GNSS e fornisce posizione e velocità assolute senza deriva a lungo termine, ma risente di blocchi del segnale, multipath, interferenze e frequenze di aggiornamento limitate. La fusione dei sensori sfrutta queste caratteristiche complementari per produrre una soluzione che rimane accurata in condizioni dinamiche e difficili.
I moderni algoritmi di fusione dei sensori si basano principalmente su tecniche di stima bayesiane. Il filtro di Kalman esteso (EKF) è lo standard del settore per i sistemi di navigazione non lineari. L’EKF propaga la soluzione inerziale utilizzando misurazioni ad alta frequenza IMU . Corregge continuamente gli errori accumulati utilizzando osservazioni esterne. Questo approccio mantiene una navigazione accurata e stabile nel tempo. Altri implementano l’ottimizzazione dei grafi fattoriali, i filtri a particelle o algoritmi di smussamento. La scelta dell’algoritmo dipende dai requisiti dell’applicazione, dalle risorse computazionali e dalla complessità del sistema.
I sistemi di fusione dei sensori ad alte prestazioni GNSS/INS integrano strettamente i dati inerziali con le misurazioni dei sensori esterni. Passano senza soluzione di continuità dalla disponibilità di dati GNSS al funzionamento in condizioni diGNSS. Il filtro di navigazione stima lo stato della piattaforma in tempo reale. Stima inoltre le deviazioni dei sensori, i fattori di scala e altre fonti di errore stocastico. Queste correzioni migliorano significativamente la precisione a lungo termine, la stabilità e l’integrità del sistema.
La fusione dei sensori supporta applicazioni nei settori della difesa, marittimo, topografico, della robotica e automobilistico. Combinando misurazioni complementari dei sensori, migliora l’accuratezza e la robustezza. Migliora inoltre la consapevolezza situazionale in ambienti difficili. Di conseguenza, i sistemi mantengono un posizionamento affidabile quando i singoli sensori non sono in grado di soddisfare da soli i requisiti prestazionali.
