Szum
Szum w swojej podstawowej definicji oznacza losowe, niepożądane wahania obecne w sygnale wyjściowym każdego czujnika. W nawigacji pojęcie to ma jednak szczególne znaczenie krytyczne. Odnosi się ono do nieprzewidywalnych fluktuacji w pomiarach pochodzących z takich czujników jak akcelerometry, żyroskopy czy odbiorniki GPS/GNSS.
Nawet w stałych warunkach wyjście czujnika nigdy nie jest idealnie stabilne. W efekcie te losowe wahania wprowadzają błędy i dryft do wyznaczanej pozycji, a także mogą wpływać na szacunki prędkości i orientacji. Z tego powodu zrozumienie charakterystyki szumów jest kluczowe dla projektowania niezawodnych systemów nawigacyjnych.
W szczególności musimy badać gęstość widmową szumów oraz niestabilność zerową (bias instability). Ostatecznie wiedza ta pomaga nam projektować niezawodne systemy nawigacyjne. Kluczem jest jej minimalizowanie, co pozwala utrzymać dokładność pozycji w czasie.
Zadaniem czujnika jest pomiar określonej wielkości. W warunkach idealnych stałe wejście powinno generować stałe wyjście. Relacja ta rzadko jednak sprawdza się w praktyce. Szum wprowadza niepożądane, nieprzewidywalne fluktuacje będące losową składową sygnału, które występują niezależnie od prawdziwego sygnału wejściowego.
Szum faktycznie zniekształca rzeczywisty pomiar, obniżając przejrzystość sygnału wyjściowego czujnika. Zjawisko to często określa się mianem niskiego stosunku sygnału do szumu (SNR). Wysoki poziom szumów może całkowicie zamaskować prawdziwą informację.
Inżynierowie i naukowcy dążą do minimalizacji szumów, aby gromadzone dane były dokładne i niezawodne. Źródła szumów mogą mieć charakter wewnętrzny lub zewnętrzny względem czujnika. Źródła wewnętrzne obejmują efekty termiczne w obrębie elektroniki, natomiast zewnętrzne mogą wynikać z interferencji elektromagnetycznych. Techniki takie jak filtrowanie i ekranowanie pomagają ograniczyć ich niepożądane skutki.
Wykorzystanie jednostek IMU w ograniczaniu szumów opiera się na łączeniu mocnych stron ich wewnętrznych czujników — żyroskopów i akcelerometrów — z odniesieniami zewnętrznymi (takimi jak GNSS) za pomocą zaawansowanego filtrowania. Ponieważ czujniki IMU są z natury podatne na szumy, proces ten ma na celu redukcję wynikowego dryftu pozycji i stabilizację oszacowania orientacji.
