NoiseTypes.hpp

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// Sensor Noise Model Types
// Common types and parameter structures for IMU noise modeling
#pragma once
 
#include <Eigen/Core>
 
namespace vulcan::sensors {
 
// =============================================================================
// Allan Variance Parameters
// =============================================================================

template <typename Scalar> struct AllanParams {
    Scalar N;        
    Scalar B;        
    Scalar K;        
    Scalar tau_bias; 
};
 
// =============================================================================
// First-Order Markov Process Parameters
// =============================================================================

template <typename Scalar> struct MarkovParams {
    Scalar sigma; 
    Scalar tau;   
};
 
// =============================================================================
// IMU Noise Sample Output
// =============================================================================

template <typename Scalar> struct IMUNoiseSample {
    Eigen::Vector<Scalar, 3> gyro;  
    Eigen::Vector<Scalar, 3> accel; 
};
 
// =============================================================================
// IMU Grade Presets
// =============================================================================
 
namespace imu_grades {

inline AllanParams<double> consumer_gyro() {
    return AllanParams<double>{
        .N = 8.7e-5,       // rad/s/√Hz
        .B = 4.8e-5,       // rad/s
        .K = 4.0e-8,       // rad/s²/√Hz
        .tau_bias = 100.0, // s
    };
}

inline AllanParams<double> consumer_accel() {
    return AllanParams<double>{
        .N = 3.0e-3,       // m/s²/√Hz (300 µg/√Hz)
        .B = 5.0e-4,       // m/s² (50 µg)
        .K = 1.0e-5,       // m/s³/√Hz
        .tau_bias = 100.0, // s
    };
}

inline AllanParams<double> industrial_gyro() {
    return AllanParams<double>{
        .N = 2.9e-5,       // rad/s/√Hz
        .B = 4.8e-6,       // rad/s
        .K = 1.0e-8,       // rad/s²/√Hz
        .tau_bias = 300.0, // s
    };
}

inline AllanParams<double> industrial_accel() {
    return AllanParams<double>{
        .N = 1.0e-3,       // m/s²/√Hz (100 µg/√Hz)
        .B = 1.0e-4,       // m/s² (10 µg)
        .K = 3.0e-6,       // m/s³/√Hz
        .tau_bias = 300.0, // s
    };
}

inline AllanParams<double> tactical_gyro() {
    return AllanParams<double>{
        .N = 2.9e-6,        // rad/s/√Hz
        .B = 4.8e-7,        // rad/s
        .K = 1.0e-9,        // rad/s²/√Hz
        .tau_bias = 1000.0, // s
    };
}

inline AllanParams<double> tactical_accel() {
    return AllanParams<double>{
        .N = 3.0e-4,        // m/s²/√Hz (30 µg/√Hz)
        .B = 3.0e-5,        // m/s² (3 µg)
        .K = 1.0e-6,        // m/s³/√Hz
        .tau_bias = 1000.0, // s
    };
}

inline AllanParams<double> navigation_gyro() {
    return AllanParams<double>{
        .N = 2.9e-7,        // rad/s/√Hz
        .B = 4.8e-8,        // rad/s
        .K = 1.0e-10,       // rad/s²/√Hz
        .tau_bias = 3600.0, // s (1 hour)
    };
}

inline AllanParams<double> navigation_accel() {
    return AllanParams<double>{
        .N = 5.0e-5,        // m/s²/√Hz (5 µg/√Hz)
        .B = 1.0e-5,        // m/s² (1 µg)
        .K = 1.0e-7,        // m/s³/√Hz
        .tau_bias = 3600.0, // s (1 hour)
    };
}
 
} // namespace imu_grades
 
} // namespace vulcan::sensors