加速度センサーのレンジ

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加速度計の測定範囲とは、センサーが飽和することなく正確に検出できる最大測定加速度の範囲を指します。メーカーは、このパラメータを「±2 g」、「±8 g」、「±16 g」、「±50 g」、「±100 g」などの対称フルスケール値として指定しており、ここで 1 g = 9.80665 m/s² です。選択した測定範囲によって最大入力加速度が決まるほか、測定分解能、量子化、およびノイズ性能にも直接影響を与えます。

加速度計は、アナログ-デジタル変換器（ADC）を用いて、証明質量の変位をデジタル出力に変換します。NビットのADCの場合、理論上の量子化ステップは

$$\Delta a = \frac{2A_{FS}}{2^N},$$

ここで $A_{FS}$ は正のフルスケール範囲です。測定範囲を広げると、最下位ビット（LSB）の値が大きくなり、センサーの理論上の分解能が低下します。ただし、現代の 慣性センサー 通常、内部ゲインを調整することでデジタル分解能を一定に維持しているが、測定範囲が広くなるにつれて、実効ノイズ密度は一般的に増加する。

不適切な範囲を選択すると、以下のいずれの場合にも出力が飽和します。

$$|a| > A_{FS},$$

これにより、センサーが実際の加速度を正確に表せなくなる。飽和が発生するとクリッピングが生じ、慣性積分が損なわれる。その結果、INS速度および位置の推定精度が急速に低下する。逆に、測定範囲を過度に広く設定すると、微小な加速度に対する感度が低下する。これにより、特に準静的測定において、信号対雑音比（SNR）が低下する。

実際のアプリケーションにおける挙動

加速度計の最適な測定範囲は、用途で想定される動的特性によって異なります。精密測量、モバイルマッピング、および安定化された海洋プラットフォームでは、一般的に低ノイズが優先されます。これらのシステムは、通常±2 gから±8 gといった中程度の測定範囲で動作します。一方、高動的プラットフォームでは、激しい機動中に飽和を防ぐために、より広い測定範囲が必要となります。その例としては、ミサイル、ロータリング弾薬、レース用UAV、打ち上げロケット、および衝撃監視システムなどが挙げられます。

慣性航法において、加速度計の測定範囲は決して単独で検討すべきではありません。バイアス不安定性、スケール係数の精度、帯域幅と併せて評価する必要があります。その他の重要なパラメータには、振動整流誤差（VRE）、サンプリング周波数、ノイズ密度などがあります。適切に選択された測定範囲により、センサーが線形動作領域内に留まることが保証されます。これにより、測定の忠実度が最大化され、姿勢推定の精度が向上します。最終的には、過酷な運用環境において、推測航法のINS 向上します。