KR20030014772A - Ｇｐｓ 및 ｍｅｍｓ관성센서를 이용한 차량 사고 순간기록장치 및 사고 순간 상황 재현방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 GPS 및 MEMS관성센서를 이용한 차량 사고 순간 기록장치 및 사고 순간 상황 재현방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, GPS와 MEMS 관성센서를 이용하여 차량 사고순간의 위치와 움직임을 저장하는 장치를 제공할 수 있으며 저장된 데이터를 이용하여 사고순간의 상황을 재현하는 방법의 구현이 가능하다. GPS 위성을 이용한 위치추적 시스템은 차량의 절대위치 좌표를 제공하고 이와 함께 보조적인 수단으로 관성센서를 이용함으로써 연속적인 차량의 움직임이나 위치를 저장할 수 있다. 이런 정보를 이용함으로써 명확한 사고원인 분석을 할 수 있고 운전자의 안전 및 권익을 보호할 수 있다. 또한, 사고처리 비용 및 절차의 절감이나 사고원인 분석을 통해 신호기 및 도로의 문제점을 발견함으로써 사고율 감소 및 교통흐름의 개선에 이용될 수 있고, 나아가 지능형 교통시스템을 구현할 수 있는 밑거름이 될 수 있다. 또한, 차량의 사고나 도난 발생시 차량의 움직이나 위치를 추적하기 위해 사용이 가능하다.

Description

ＧＰＳ 및 ＭＥＭＳ관성센서를 이용한 차량 사고 순간 기록장치 및 사고 순간 상황 재현방법{CAR ACCIDENT RECORDING DEVICE USING GLOBAL POSITIONING SYSTEM AND MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEM AND ACCIDENT MOMENT REPRODUCING METHOD}

본 발명은 GPS(Global Positioning System) 및 MEMS(Micro Electro Mechanical System)관성센서를 이용한 차량 사고 순간 기록장치 및 사고 순간 상황재현방법에 관한 것이다.

종래에는 자세나 움직임을 얻기 위한 대표적인 기술로 직접적인 카메라 영상으로 움직임을 획득하거나 GPS/관성항법시스템과 같은 항법시스템을 사용하였다. 카메라 영상을 이용하여 차량의 사고를 기록하는 시스템은 차량사고 발생시 영상을 획득하는 장점이 있지만 사고 순간의 상황을 기록한 사진을 바탕으로 사람이 해석해야 하는 단점이 있으며, 사고순간의 큰 충격으로 카메라 렌즈의 손상 또는 흔들림 등으로 정밀한 영상을 얻을 수 없는 단점이 있다. GPS의 경우에는 절대적인 위치를 제공하는 장점을 가지지만 위성신호를 수신할 수 없는 빌딩숲, 계곡, 터널, 실내주차장과 같은 장소에서는 위치를 제공하지 못하며 기본적으로 자세정보도 제공하지 않는다. 차량의 움직임을 기록하기 위해 관성항법 시스템을 사용하면 항체의 가속도 및 각속도를 측정하고 이를 적분 사용하여 외부의 도움 없이 연속적인 항법해를 제공하는 장점이 있으나, 아직까지 항법에 사용되는 관성센서의 경우에는 고가이고 저가형의 관성센서 모듈의 경우에는 오차 특성이 쉽게 발산하기 때문에 사용하기 어려운 단점이 있다. GPS와 관성항법 시스템은 서로 상호보완적인 특징을 가지고 있기 때문에 서로를 결합하여 사용할 수 있다. 일반적인 GPS와 관성항법 시스템의 결합은 GPS의 위치 정보를 이용하여 관성항법의 위치를 보정하는 형식을 취하고 있으며 GPS가 위치를 출력하지 못하는 상황에서 관성항법이 동작하여 연속적인 위치를 얻을 수 있도록 하는 것으로, GPS가 위치를 제공하지 못하는 상황이 지속되면 결합 시스템의 오차는 관성시스템의 오차 특성에 따라 발산하는 특징을 가진다. 차량사고의 분석에서는 차량의 위치뿐 아니라, 차량의 자세 정보도 중요하며특히 차량 사고가 GPS 위성신호를 수신할 수 없는 지역에서 발생하면 일반적인 GPS/INS 결합기법으로는 GPS 수신되지 않기 때문에 위치가 저장된 데이터로부터 사고상황을 파악하는데 문제가 있다.

또한, 종래 기술은 차량 사고 발생시 증거자료로 바퀴의 미끄러진 자국(스키드 마크)이나 운행기록계 또는 사고 정황을 추측하여 사고처리를 하기 때문에, 사고에 대한 정확한 발생원인이나 피해자와 가해자를 가려내기 힘든 경우가 많았다. 이러한 이유는 차량의 사고가 발생한 위치에서부터 차량의 움직임에 관한 정밀한 사고 정보를 얻을 수 있는 장비가 없기 때문이다. 최근에는 차량에 카메라를 부착하여 카메라 영상 신호를 저장한 후 사고 발생시 차량의 움직임을 묘사해 내는 방법도 시도되고 있으나 차량의 심한 파손이나 전복으로 인해 카메라 렌즈가 파손된 경우 뚜렷한 3차원 차량의 자세나 움직임을 묘사하기 힘들고 사고순간의 차량 움직임에 대한 정보는 사진을 보고 사람이 추측하여 만들어 내야 한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서 본 발명의 목적은 사고순간 정밀한 위치에서 차량의 움직임에 대한 정보를 얻기 위해 GPS 신호의 중간주파수와 MEMS 관성센서의 출력을 저장하는 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 사고순간을 기록한 GPS 중간주파수 데이터와 MEMS 관성센서 데이터를 이용하여 사고 순간의 위치 및 차량의 움직임에 대한 정보를 복원하는 것으로, GPS 중간주파수 데이터와 MEMS 데이터를 결합하여 서로의 오차를 보정하고 정밀한 3차원 위치 및 움직임 정보를 연속적이고 정확하게 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사고 순간 기록장치는, GPS(Global Positioning System) 안테나로부터 수신된 GPS 위성신호를 중간주파수로 변환하는 GPS 중간주파수 변환부; 3축 가속도계 및 3축 자이로로 구성되어 차량의 비이상적인 움직임을 감지하는 IMU MEMS(Micro Electro Mechanical System) 관성센서; GPS 중간주파수 변환부 및 관성센서로부터 출력된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 다채널 디지털신호 변환부; 다채널 디지털신호 변환부로부터 변환된 디지털신호를 입력받아 처리함으로써 사고를 감지 판단하는 메인 프로세서; 및 메인 프로세서에 의해 처리된 사고 데이터를 저장하는 메모리 뱅크로 구성된 것을 특징한다.

본 발명의 사고 순간 기록장치는, GPS(Global Positioning System) 안테나로부터 수신된 GPS 위성신호를 중간주파수로 변환하는 GPS 중간주파수 변환부; 3축 가속도계 및 3축 자이로로 구성되어 차량의 비이상적인 움직임을 감지하는 IMU MEMS(Micro Electro Mechanical System) 관성센서; GPS 중간주파수 변환부 및 관성센서로부터 출력된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 다채널 디지털신호 변환부; 다채널 디지털신호 변환부로부터 변환된 디지털신호를 입력받아 처리함으로써 사고를 감지 판단하고 사고 데이터를 메모리에 저장하는 메인 프로세서; 메인 프로세서에서 처리되어 메모리에 저장된 데이터를 외부회로에 출력하고 외부회로로부터 데이터를 받아 메인 프로세서가 처리하도록 입력하는 인터페이스부; 및 차량 전원을 장치의 동작전원으로 공급하는 전원부로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 외부회로는 에어백, ABS(Anti-Brake System) 인 것을 특징으로 한다.

상기 메모리는 버퍼 형태를 가지며, 링버퍼, FIFO, STACK의 형태를 가진 것을 특징으로 한다.

상기 메모리는 비휘발성 메모리인 것을 특징으로 한다.

상기 메모리에 저장되는 데이터는 메인 프로세서에 의해 사고로 판단되면 사고 이후의 GPS 중간주파수 데이터와 MEMS 관성센서의 데이터인 것을 특징으로 한다.

상기 메모리에 저장되는 데이터는 메인 프로세서에 의해 사고로 판단되면 사고 이후의 ABS, 에어백 상태 데이터인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 장치는 GPS 중간주파수 데이터와 MEMS 관성센서 데이터를 저장하는 메모리부; 및 메모리부로부터 출력된 GPS 신호와 MEMS 관성항법 신호에 각각의 오차를 보상하고 결합하는 통합 알고리즘으로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 사고 순간 재현 방법은 GPS 및 MEMS 관성센서를 이용하여 차량 사고 순간을 기록한 장치로부터 차량 사고 데이터를 읽어들임에 따라 차량 사고 순간의 위치 및 움직임을 재현하는 방법에 있어서, 중간주파수 데이터 처리방식, MEMS 관성센서 데이터 처리방식 및 GPS/INS 통합방식을 이용하여 차량 사고 순간의 위치 및 움직임을 재현하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 차량사고분석기의 GPS 중간주파수 데이터 처리방법은, GPS 위성신호를 수신하고 도플러 값을 제공함으로써 신호 검색의 범위를 줄여주는 제1단계; 샘플된 중간주파수 데이터부로부터 기준국으로부터 출력된 GPS 위성신호의 도플러값을 이용하여 감도높은 신호획득을 하는 제2단계; 획득된 신호를 바탕으로 추적하여 도플러와 의사거리 측정값을 얻는 제3단계; 측정값을 이용하여 GPS 항법해를 구하는 제4단계; 및 관성센서의 측정값으로부터 사용자의 움직임의 크기를 얻는 제5단계로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 GPS 중간주파수 신호와 기준국 데이터를 이용한 신호 획득 후 순간적인 항법해를 구하는 것을 특징으로 한다.

상기 GPS의 순간 항법해를 이용하고 MEMS 관성센서를 이용한 관성항법 처리 방식에 의거하여 초기 위치 및 자세 입력값을 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 GPS 중간주파수를 이용한 측정값과 MEMS 관성센서 데이터를 이용한 항법정보를 통합하여 센서 오차 및 항법 정보를 보정하는 것을 특징으로 한다.

상기 MEMS 관성센서의 출력을 이용하여 차량의 움직임 정보를 판단하고 이를 GPS 추적 루프에 도움정보로 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 GPS 중간주파수를 이용한 항법해와 MEMS 관성센서 데이터를 이용한 항법정보를 통합하여 센서 오차 및 항법 정보를 보정하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 GPS와 MEMS 관성센서를 이용한 사고 순간 기록장치의 제어 구성도.

도 2는 도 1의 상세 제어 구성도.

도 3은 본 발명의 ABS, 에어백 및 MEMS 센서를 이용한 차량 사고 판단 동작 흐름도.

도 4는 차량사고 데이터를 중간 저장하는 메모리 버퍼의 구조도.

도 5는 본 발명의 GPS 중간 주파수와 MEMS 관성센서 데이터를 기록한 장치로부터 데이터를 읽어 차량 사고 순간의 위치 및 움직임을 재현하는 제어 구성도.

도 6은 본 발명의 차량사고분석기의 GPS 중간주파수 데이터 처리 방법에 대한 설명도.

도 7은 본 발명의 차량사고분석기의 MEMS 관성 센서 데이터 처리 방법에 대한 설명도.

도 8은 본 발명의 GPS 중간주파수 데이터를 이용하여 신호획득 및 차량의 움직임에 대한 항법해를 구하는 동작 흐름도.

도 9는 본 발명의 MEMS 관성센서 데이터를 이용하여 차량의 움직임에 대한 위치, 속도 및 자세정보를 구하는 동작 흐름도.

도 10은 본 발명의 GPS/INS 통합 필터를 이용하여 순간 항법해를 구하고 MEMS 센서 데이터를 이용하여 관성항법의 초기화를 수행하는 방법에 대한 설명도.

도 11은 본 발명의 GPS/INS 통합 필터를 구성하고 GPS 중간주파수를 이용하여 항법해를 구하고, MEMS 센서 데이터를 이용하여 항법 정보를 통합 및 보정하는 방식에 대한 설명도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10, 20 ------ 중간주파수 변환부 11, 21 ------ MENS 관성센서

12 ------ 다채널 디지털신호 변환부 13 ------ 프로세서

14 ------ 메모리 은행 24 ------ SDRAM부 25 ------ 입력 인터페이스부 26 ------ 출력 인터페이스부 27 ------ 비휘발성 메모리부 28 ------ 전원부

50 ------ 기준국 55 ------ GPS/INS 통합필터부

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 기술한다.

도 1은 본 발명의 GPS와 MEMS 관성센서를 이용한 사고 순간 기록장치의 제어 구성도로서, GPS와 MEMS 관성센서는 차량에 탑재되어 있다.

도 1에 있어서, 중간주파수 변환부(GPS RF/IF Converter)(10)는 일반 GPS 수신기가 동작하지 못하는 나쁜 상황에서도 위치해를 구할 수 있도록 GPS 안테나로부터 수신된 GPS 위성신호를 중간주파수로 변환한다.

MEMS 관성센서(11)는 3축 가속도계 및 3축 자이로로 구성되어 MEMS 관성센서의 신호를 출력한다.

다채널 디지털신호 변환부(Multichannel A/D)(12)는 중간주파수 변환부(10)로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.

프로세서(13)는 다채널 디지털신호 변환부(12)와 후술하는 메모리 은행 사이에 위치하여 데이터의 흐름을 제어한다.

메모리 은행(Memory bank)(14)은 프로세서(13)의 제어에 의해 다채널 디지털신호 변환부(12)로부터 출력된 신호를 저장한다.

이 같이 구성된 장치에 있어서, 일반 GPS 수신기가 동작하지 못하는 나쁜 상황에서도 위치해를 구하기 위하여 GPS 위성 신호를 중간주파수 변환부(10)에 의해 중간주파수로 변환하고, 다채널 디지털신호 변환부(12)에 의해 GPS 아날로그 신호가 디지털 신호로 변환되면 이들 신호들을 프로세서(13)의 제어에 의해 메모리 은행(14)에 저장한다. 또한, MEMS 관성센서(11)로부터의 미 처리된 아날로그 출력신호는 다채널 디지털신호 변환부(12)에 의해 디지털신호로 변환되어 프로세서(13)의 제어에 의해 메모리 은행(14)에 저장된다. 상기 메모리 은행(14)은 사고차량으로 인한 데이터의 손실을 방지하기 위해 비휘발성 구조를 가지며 다수개의 메모리 뱅크로 구성된다.

도 2는 본 발명의 GPS와 MEMS 데이터를 이용한 차량 사고 순간 기록장치의 상세도로서, GPS 중간주파수 변환부(20)는 상기 도 1의 중간주파수 변환부(10)와마찬가지로 일반 GPS 수신기가 동작하지 못하는 나쁜 상황에서도 위치해를 구할 수 있도록 GPS 안테나로부터 수신된 GPS 위성신호를 중간주파수로 변환한다.

IMU MEMS 관성센서(21)는 상기 도 1의 MEMS 관성센서(11)와 마찬가지로, 3축 가속도계 및 3축 자이로로 구성되어 MEMS 관성센서의 신호를 출력한다.

GPS 다채널 디지털신호 변환부(22a)는 중간주파수로 변환된 아날로그신호를 디지털신호로 변환한다.

IMU 다채널 디지털 신호변환부(22b)는 IMU MEMS 관성센서(21)로부터 출력된 아날로그신호를 디지털신호로 변환한다.

메인 프로세서(23)는 다채널 디지털신호 변환부(22a, 22b)로부터 출력된 디지털신호를 입력받아 처리한다.

SDRAM부(24)는 메모리장치로서 메인 프로세서(23)로부터 출력된 데이터를 중간 저장한다.

입력 인터페이스부(25)는 차량의 운행중에 사고순간을 판단할 수 있도록 외부 데이터를 입력받는다.

출력 인터페이스부(26)는 사고차량에 장착된 후술하는 비휘발성 메모리부에 기록, 저장된 정보를 출력한다.

비휘발성 메모리부(Flash Memory)(27)는 SDRAM부(24)에 저장되었던 데이터를 차량의 사고로 인하여 전원이 꺼진 후에도 손실되지 않도록 기록 유지한다.

전원부(28)는 차량의 전원을 장치에 공급하는 건전지로 차량의 전원이 꺼진 후에도 데이터가 손실되지 않도록 상기 비휘발성 메모리(27)에 전원을 공급하며 차량 운행 중에 건전지를 충전한다.

이 같이 구성된 장치에 있어서, GPS 위성으로부터 GPS 안테나를 통해 수신된 GPS 위성신호는 중간주파수 변환부(20)에 의해 중간주파수로 변환되어 아날로그신호로 출력된다. 아날로그 신호는 다채널 디지털신호 변환부(22a)에 의해 디지털신호로 변되어 메인 프로세서(23)에 입력 처리된 후 SDRAM(24)에 저장된다. 한편, IMU MEMS 관성센서(21)로부터 출력된 아날로그신호는 차량의 움직임에 대한 정보를 추후 보다 정밀한 처리를 하기 위하여 다른 처리를 하지 않고 다채널 디지털신호 변환부(22b)에 의해 바로 디지털신호로 변환되어 메인 프로세서(23)에 입력 처리된 후SDRAM(24)에 저장된다. 이 같이 SDRAM(24)에 저장된 데이터는 차량이 운행 중에 사고로 판단되면 전원이 꺼진 후에도 데이터를 기억할 수 있도록 비휘발성 메모리부(27)로 옮겨 저장된다. 전원부(28)는 차량사고로 인해 전원이 꺼지더라도 비휘발성 메모리(27)에 기록된 데이터의 손실을 막기 위해 비휘발성 메모리부(27)에 전원을 공급하며 차량 운행 중에 건전지를 충전하여 건전지의 소모를 막는다.

도 3은 ABS, 에어백 및 MEMS 관성센서를 이용하여 차량 사고를 판단하는 동작 흐름도로서, 상기 도 2의 입력 인터페이스부(25)를 통해 입력되는 외부 데이터(예를 들어, ABS, 에어백 및 MEMS 관성센서로부터의 신호)에 의해 차량사고를 판단하며, 먼저 ABS가 작동하였는지를 검사하고(101) 에어백이 동작하였는가를 검사한다(102). 이후, MEMS 관성센서(21)로부터 입력되는 데이터를 검사하여 차량의 일반적인 움직임을 벗어난 순간적으로 큰 가속도 또는 큰 각속도 입력 등의 비이상적인 차량의 움직임이 감지되었는가를 검사한다(103). 만약, 검사항목조건 중 하나의 조건이라도 만족하면 차량사고로 판단하고(104), 현재 SDRAM부(24)에 중간 저장되어 있는 데이터의 손실을 방지하기 위하여 비휘발성 메모리부(27)로 옮겨 데이터를 저장한다(105). 이후, 출력 인터페이스부(26)를 통해 상기 비휘발성 메모리부(27)에 저장된 데이터를 입력받아 차량사고 원인분석을 한다. 즉, 비휘발성 메모리부(27)에 저장되어 있는 데이터를 분석하고(106) 분석된 데이터를 이용하여 사고 원인을 해석한다(107). 만약, 상기의 ABS, 에어백 및 MEMS 데이터 검사로 인한 검사항목 조건 중 만족된 조건이 있어 차량사고로 판단함에 따라 SDRAM부(24)의 데이터를 비휘발성 메모리부(27)로 옮겨 저장하였으나 추후 사고가 아닌 것으로 판단되면 저장된 데이터는 여러 메모리 뱅크(14) 중 하나의 메모리 뱅크에 머물다가 연속적으로 입력되는 다음 데이터 입력에 의해 갱신된다.

도 4는 본 발명의 차량사고 데이터를 중간 저장하는 메모리 버퍼의 구조도로서, 차량사고 데이터의 기록 방법을 설명한다.

차량의 운행상태를 기록하여 저장된 데이터는 데이터 버퍼로 사용되는 SDRAM부(24)에 기록되며 버퍼는 순환구조를 가진다. 샘플된 GPS 중간주파수 데이터와 MEMS 관성센서 데이터는 M1에서 시작하여 Mn까지 저장되고 Mn순간에는 다시 M1으로 옮겨와 저장되게 된다. 따라서, 시간의 제약을 받지 않고 일정량의 데이터를 계속적으로 기억하게 된다. 만약 사고가 Mk순간에 발생이 되었다고 판단이 되면 Mk+1부터 Mk-1까지의 신호를 비휘발성 메모리부(27)에 옮겨 사고발생 전의 데이터를 기록하게 되고, 이후에 들어오는 신호는 모두 비휘발성 메모리부(27)에 계속적으로 기록한다.

도 5는 본 발명의 GPS 중간 주파수와 MEMS 관성센서 데이터를 기록한 장치로부터 데이터를 읽어 차량 사고 순간의 위치 및 움직임을 재현하는 제어 구성도로서, 메모리(41)는 저장된 GPS 중간주파수 데이터와 MEMS 관성센서 데이터를 읽어들여 저장한다.

통합 알고리즘(44)은 메모리(41)로부터 출력된 GPS를 이용한 신호(42)와 MEMS를 이용한 관성항법 신호(43)에 각각의 오차를 보상하고 결합하여 상승효과를 얻는다.

도 6은 본 발명의 차량사고분석기의 GPS 중간주파수 데이터 처리방법에 대한 설명도로서,

기준국(50)은 GPS 위성신호를 수신하여 도플러 값을 제공함으로써 신호 검색 범위를 줄인다. 샘플된 중간주파수 데이터(52)는 기준국(50)으로부터 출력된 GPS 위성신호의 도플러 값을 이용하여 의사거리를 구하기 위한 GPS 위성신호 획득(51) 처리를 하게 되며, 획득된 데이터를 바탕으로 신호추적과정(53)을 수행하여 도플러와 의사거리 측정값을 얻고, 측정값을 이용하여 GPS 항법해(54)를 구하게 된다. 이때, 기준국(50)은 도플러값을 제공하여 신호검색의 범위를 줄이며, 감도높은 신호 획득 동작을 수행할 수 있도록 한다. 또한, 기준국(50) 데이터를 이용하여 항법해의 보정항을 구할 수 있기 때문에 보다 정밀한 항법해를 얻을 수 있다. GPS/INS 통합필터(55)는 관성센서의 측정값으로부터 사용자의 움직임의 크기를 얻을 수 있기 때문에 이를 바탕으로 추적 루프의 도움을 제공할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 차량사고분석기의 MEMS 관성센서 데이터 처리 방법에 대한설명도로서, MEMS 관성센서 데이터(60)로부터 관성항법(62)을 수행한다. 고나성합법을 수행하기 위한 초기위치 및 자세값은 통합필터(63)의 GPS 위치 및 속도 출력으로부터 구해진다. 통합필터(63)는 GPS 의사거리 및 도플러 측정값과 관성항법(62)의 항법 출력값을 이용하여 관성센서 및 GPS 오차를 구하게 되며 이렇게 구해진 오차값은 되먹임되어 센서 출력을 보상하게 된다.

도 8은 본 발명의 GPS 중간주파수 데이터를 이용하여 신호획득 및 차량의 움직임에 대한 항법해를 구하는 동작 흐름도로서, 차량의 사고순간을 기록한 1ms 단위로 처리된 데이터를 읽어들이고(201), 읽혀진 데이터를 DFT 상관기 처리하여(202) 데이터에 신호 덧셈한 후(203), 데이터에 신호가 있는지를 검색하여 신호획득을 결정한다(204). 만약 검색결과 신호가 검출되지 않으면 이전단계인 1ms 데이터를 읽는 단계(201)로 되돌아가 다음 1ms 단위의 데이터를 읽어들인 후 상기와 같은 방법을 반복 수행한다. 이때, 덧셈으로 인하여 신호의 세기가 커짐으로써 신호획득 확률은 증가된다. 검색결과 신호가 획득되면(204), 다음단계에서 획득된 신호를 바탕으로 신호 추적루프모드로 전환하게 되고, 신호추적루프에서는 GPS의 항법해를 구하기 위해 의사거리 및 도플러 측정값을 제공하며(205) 제공된 측정값을 이용하여 위치해 계산 및 항법해를 구하게 된다(206). 다음으로 모든 데이터가 처리되었는지를 검색하여(207) 모든 데이터가 처리되어 항법해가 구해졌다면 동작을 종료하고, 모든 데이터가 처리되지 못했다면 이전단계인 추적루프단계(205)로 되돌아가 모든 데이터를 처리할 때까지 상기와 같은 동작을 계속하여 반복 수행한다.

도 9는 본 발명의 MEMS 관성센서 데이터를 이용하여 차량의 움직임에 대한 위치, 속도 및 자세정보를 구하는 동작 흐름도로서, GPS 항법해를 이용한 자세 초기화의 초기값을 GPS 항법해를 이용하여 구한 후(301), MEMS 센서에 저장되어 있는 데이터를 읽어들여(302) 자이로 출력 부분을 이용하여 자세계산을 수행한다(303). 계산된 자세를 근거로 가속도 출력을 좌표변환 하고(304) 항법해를 구하는 위치에서의 중력성분을 계산하고(305)한 후, 가속도 출력에 보상하여 속도 적분(306)과 위치적분(307)을 수행하고 위치 및 속도를 계산한다. 다음으로 모든 데이터가 처리되었는지를 검색하여(308) 모든 데이터가 처리되어 위치 및 속도가 계산되었다면 동작을 종료하고, 모든 데이터가 처리되지 못했다면 이전단계인 MEMS 데이터 읽는 단계(302)로 되돌아가 모든 데이터를 처리할 때까지 상기와 같은 동작을 계속하여 반복 수행한다.

도 10은 본 발명의 GPS/INS 통합 필터를 이용하여 순간항법해를 구하고 MEMS 센서 데이터를 이용하여 관성항법의 초기화를 수행하는 방법에 대한 설명도로서, GPS 중간주파수 데이터(71)를 이용해서 MEMS 관성센서(73)의 위치 및 자세 초기값(74)을 설정하는 방법을 나타낸다.

일반적인 GPS는 신호획득 후 최초 항법해를 제공하기까지 약 30초에서 1분 정도의 시간을 소비하기 때문에 사고순간의 위치를 파악하기에는 적합하지 않다. 본 발명은 신호획득 후 기준국의 도움을 이용하여 순간항법해(72)를 구하는 방법을 사용한다. GPS 중간주파수 데이터(71)를 이용하여 구해진 순간항법해(72)는 GPS/INS통합필터(70)를 통과하여 MEMS 관성센서 데이터(73)의 초기화(74)값으로 사용된다.

도 11은 본 발명의 GPS/INS 통합 필터를 구성하고 GPS 중간주파수를 이용하여 항법해를 구하며, MEMS 센서 데이터를 이용하여 항법 정보를 통합 및 보정하는 방식에 대한 설명도로서, GPS/INS 통합필터(80)의 보정항의 흐름을 나타낸다.

GPS/INS 통합필터(80)는 GPS의 의사거리 및 도플러 측정값(85)과 MEMS 관성항법의 위치, 속도 및 자세 출력(86)을 결합하여 센서오차보상(84) 및 MEMS 관성항법의 위치, 속도 및 자세 출력(86)의 오차를 계산하여 되먹임 형식의 보정을 수행한다. 또한, 센서 오차가 보상된 MEMS 관성센서의 데이터 출력(82)은 GPS 중간주파수 신호(81)를 이용한 신호추적루프(83)의 도움정보로 사용된다.

본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상적 지식을 가진 자에 의하여 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, GPS와 MEMS 관성센서를 이용하여 차량 사고순간의 위치와 움직임을 저장하는 장치를 제공할 수 있으며 저장된 데이터를 이용하여 사고순간의 상황을 재현하는 방법의 구현이 가능하다.

GPS 위성을 이용한 위치추적 시스템은 차량의 절대위치 좌표를 제공하고 이와 함께 보조적인 수단으로 관성센서를 이용함으로써 연속적인 차량의 움직임이나 위치를 저장할 수 있다. 이런 정보를 이용함으로써 명확한 사고원인 분석을 할 수 있고 운전자의 안전 및 권익을 보호할 수 있다. 또한, 사고처리 비용 및 절차의 절감이나 사고원인 분석을 통해 신호기 및 도로의 문제점을 발견함으로써 사고율감소 및 교통흐름의 개선에 이용될 수 있고, 나아가 지능형 교통시스템을 구현할 수 있는 밑거름이 될 수 있다.

또한, 차량의 사고나 도난 발생시 차량의 움직이나 위치를 추적하기 위해 사용이 가능하다.

Claims (15)

1. GPS(Global Positioning System) 안테나로부터 수신된 GPS 위성신호를 중간주파수로 변환하는 GPS 중간주파수 변환부;

   3축 가속도계 및 3축 자이로로 구성되어 차량의 비이상적인 움직임을 감지하는 IMU MEMS(Micro Electro Mechanical System) 관성센서;

   GPS 중간주파수 변환부 및 관성센서로부터 출력된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 다채널 디지털신호 변환부;

   다채널 디지털신호 변환부로부터 변환된 디지털신호를 입력받아 처리함으로써 사고를 감지 판단하는 메인 프로세서; 및

   메인 프로세서에 의해 처리된 사고 데이터를 저장하는 메모리 뱅크로 구성된 것을 특징으로 하는 GPS와 MEMS 데이터를 이용한 차량 사고 순간 기록장치.
2. GPS(Global Positioning System) 안테나로부터 수신된 GPS 위성신호를 중간주파수로 변환하는 GPS 중간주파수 변환부;

   3축 가속도계 및 3축 자이로로 구성되어 차량의 비이상적인 움직임을 감지하는 IMU MEMS(Micro Electro Mechanical System) 관성센서;

   GPS 중간주파수 변환부 및 관성센서로부터 출력된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 다채널 디지털신호 변환부;

   다채널 디지털신호 변환부로부터 변환된 디지털신호를 입력받아 처리함으로써 사고를 감지 판단하고 사고 데이터를 메모리에 저장하는 메인 프로세서;

   메인 프로세서에서 처리되어 메모리에 저장된 데이터를 외부회로에 출력하고 외부회로로부터 데이터를 받아 메인 프로세서가 처리하도록 입력하는 인터페이스부; 및

   차량 전원을 장치의 동작전원으로 공급하는 전원부로 구성된 것을 특징으로 하는 GPS와 MEMS 데이터를 이용한 차량 사고 순간 기록장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 외부회로는 에어백, ABS(Anti-Brake System) 인 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 메모리는 버퍼 형태를 가지며, 링버퍼, FIFO, STACK의 형태를 가진 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 메모리는 비휘발성인 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 메모리에 저장되는 데이터는 메인 프로세서에 의해 사고로 판단되면 사고 이후의 GPS 중간주파수 데이터와 MEMS 관성센서의 데이터인 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 메모리에 저장되는 데이터는 메인 프로세서에 의해 사고로 판단되면 사고 이후의 ABS, 에어백 상태 데이터인 것을 특징으로 하는 장치.
8. GPS 중간주파수 데이터와 MEMS 관성센서 데이터를 저장하는 메모리부; 및

   메모리부로부터 출력된 GPS 신호와 MEMS 관성항법 신호에 각각의 오차를 보상하고 결합하는 통합 알고리즘으로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
9. GPS 및 MEMS 관성센서를 이용하여 차량 사고 순간을 기록한 장치로부터 차량 사고 데이터를 읽어들임에 따라 차량 사고 순간의 위치 및 움직임을 재현하는 방법에 있어서,

   중간주파수 데이터 처리방식, MEMS 관성센서 데이터 처리방식 및 GPS/INS 통합방식을 이용하여 차량 사고 순간의 위치 및 움직임을 재현하는 방법.
10. GPS 위성신호를 수신하고 도플러 값을 제공함으로써 신호 검색의 범위를 줄여주는 제1단계;

    샘플된 중간주파수 데이터부로부터 기준국으로부터 출력된 GPS 위성신호의 도플러 값을 이용하여 감도높은 신호획득을 하는 제2단계;

    획득된 신호를 바탕으로 추적하여 도플러와 의사거리 측정값을 얻는 제3단계;

    측정값을 이용하여 GPS 항법해를 구하는 제4단계; 및

    관성센서의 측정값으로부터 사용자의 움직임의 크기를 얻는 제5단계로 구성된 것을 특징으로 하는 차량사고분석기의 GPS 중간주파수 데이터 처리방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 GPS 중간주파수 신호와 기준국 데이터를 이용한 신호 획득 후 순간적인 항법해를 구하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제9항에 있어서, 상기 GPS의 순간 항법해를 이용하고 MEMS 관성센서를 이용한 관성항법 처리 방식에 의거하여 초기 위치 및 자세 입력값을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제9항에 있어서, 상기 GPS 중간주파수를 이용한 측정값과 MEMS 관성센서 데이터를 이용한 항법정보를 통합하여 센서 오차 및 항법 정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제9항에 있어서, 상기 MEMS 관성센서의 출력을 이용하여 차량의 움직임 정보를 판단하고 이를 GPS 추적 루프에 도움정보로 제공하는 것을 특징으로 하는 방법
15. 제9항에 있어서, 상기 GPS 중간주파수를 이용한 항법해와 MEMS 관성센서 데이터를 이용한 항법정보를 통합하여 센서 오차 및 항법 정보를 보정하는 것을 특징으로 하는 방법.