Pengukur penyimpangan giroskop dengan deviasi Allan

Uji berfungsi-atau-tidak menjawab pertanyaan ya-atau-tidak: apakah sumbu-sumbunya merespons ketika ponsel diputar. Yang ini menjawab pertanyaan seberapa-banyak yang tidak terlihat dengan memutar apa pun: dengan ponsel diam sempurna, secepat apa arah yang dilaporkan menjauh dari kebenaran. Itu dua kegagalan yang berbeda. Giroskop bisa lulus semua uji fungsi dan tetap terlalu menyimpang untuk menahan jangkar realitas tertambah selama tiga puluh detik, dan seberapa pun Anda mengibaskan ponsel itu takkan terlihat.

Karena yang diukur hanya ada di dalam waktu. Derau putih muncul pada detik-detik pertama; penyimpangan lambat bias — bagian yang menentukan apakah perataan membantu — baru terlihat setelah puluhan detik, dan minimum kurva Allan biasanya jatuh antara sepuluh dan seratus detik perataan. Rekaman sepuluh detik akan memberi deraunya dan tidak berkata apa-apa tentang lantainya, padahal lantainya itulah angka yang penting.

Derau sudut dalam derajat per akar jam adalah derau putih: ia mengatakan bahwa setelah t jam mengintegral, arah telah melenceng sekian derajat dikali akar t. Ketidakstabilan bias dalam derajat per jam adalah lantainya — tingkat yang di bawahnya merata-ratakan lebih lama tidak lagi memperbaiki apa pun. Keduanya satuan yang dipakai lembar data sensor inersia, dan itulah yang membuat ponsel Anda sebanding dengan komponen sungguhan. Giroskop MEMS konsumen yang baik berkisar 0,5 sampai 3 °/√jam dengan lantai puluhan derajat per jam; kelas navigasi seribu kali lebih baik dan harganya setimpal.

Berarti yang bergerak adalah tempat mejanya berdiri. Langkah kaki di lantai kayu, kompresor kulkas, mesin cuci dua ruangan jauhnya, dan bus di luar semuanya terlihat pada kepekaan ini: giroskop yang memilah seperseribu derajat per detik bukan instrumen yang lembut. Coba lantai alih-alih meja tulis, atau waktu lain dalam sehari. Penolakan itu disengaja: rekaman bangunan adalah pengukuran bangunan yang sangat baik dan pengukuran sensor yang tidak berguna.

Hampir pasti tidak, dan halaman ini menunjukkan hitungannya alih-alih menyatakannya begitu saja. Girokompas bekerja dengan merasakan putaran Bumi sendiri: 15,04 derajat per jam, yang komponen mendatarnya pada lintang Anda akan terlihat oleh giroskop yang dipasang datar. Merasakannya menuntut penyimpangan jauh di bawah itu — paling banyak beberapa derajat per jam. Giroskop ponsel biasanya mengendap di puluhan derajat per jam, yaitu beberapa kali laju mendatar Bumi dan bukan seratus kali seperti mungkin Anda duga; masalahnya, lantai bukanlah derau, dan menunggu lebih lama tidak menurunkannya. Halaman mencetak kedua angka berdampingan, dan jika suatu saat Anda memegang ponsel yang rasionya di bawah satu, itu perangkat yang sungguh luar biasa.

Sebagian karena memang seharusnya begitu: bias giroskop MEMS bergantung pada suhu, dan ponsel yang habis di saku masih mendingin beberapa menit. Sebagian karena ekor kurva Allan hanya terbuat dari segelintir rata-rata dan memang berderau — itulah sebabnya tiap titik pada grafik membawa batang galatnya sendiri dan lantainya tidak diambil dari ujung kanan. Dua rekaman pada ponsel yang sudah tenang seharusnya cocok dalam puluhan persen; kalau berbeda beberapa kali lipat, ada sesuatu yang bergerak di ruangan.

Bukan, meski ia memberi tahu apa yang akan didapat dari kalibrasi. Bias diam yang ditampilkan di sini persis yang akan dikurangkan oleh kalibrasi — dan halaman menunjukkan galat arah dengan dan tanpanya, yang biasanya berbeda satu orde besaran. Hanya saja bias itu menyimpang bersama suhu dan waktu, jadi mengurangkan nilai hari ini pada esok hari hanya memulihkan sebagiannya. Ketidakstabilan bias adalah bagian yang tak bisa dihapus kalibrasi mana pun, dan karena itulah ia angka untuk menilai sebuah sensor.