GPS를 이용한 데이터 수집 시 알아두어야 할 사항

이 항목은 일반적인 GPS 기술과 모바일 데이터 기록 시 사용 방법을 제공 합니다. QuantumX 에 연결할 수 이는 다양한 센서 유형과 이를 매개변수화 하는 방법 및 위치 기반 후처리 데이터 분석을 수행하는 방법을 구체적으로 설명합니다.

위치 또는 지도 기반 데이터 수집 및 분석

위치 또는 지도 기반 데이터는 움직이는 차량에서 수집한 데이터를 분석하는 데 확실히 유리합니다. 추적 가능한 결과가 포함된 테스트 보고서를 얻을 수 있기 때문입니다. 동영상 기능은 참여하지 않은 기록 작업의 데이터를 완벽하게 확인할 수 있는 또 다른 주요 장점입니다.

QuantumX 데이터 기록 장치는 실험실과 모바일 데이터 수집 모두를 위한 완벽한 도구입니다. GPS 센서를 판독하여 정확한 위치 정보 신호를 기록하는 기능은 응력, 압력, 가속, 토크, 힘, 온도, 변위와 같은 기계적, 열 및 전기적 정보를 수집하는 고품질 아날로그 입력 및 CAN 버스 수집을 기반으로 하는 훨씬 더 많은 정보와 완벽한 조화를 이룹니다.

GPS 데이터 수집을 통해 엔지니어는 측정한 결과와 그 당시 차량 위치 및 움직임과의 연관성을 쉽게 파악할 수 있습니다. 또한 테스트 트랙이나 도로 코스의 특정 부분에서 수집한 위치 기반 데이터를 간편하게 추출하여 이전 작업과의 연관성을 파악할 수 있도록 해줍니다.

GPS란 무엇일까요?

위성 위치 확인 시스템을 의미하는 GPS는 원래 미국 위성 시스템인 NAVSTAR를 기반으로 했습니다. 또한 GLONASS라고 하는 러시아의 시스템도 있습니다. 유럽 연합의 시스템은 GALILEO라고 합니다(2014년 예정, 2019년까지 전체 완성). 중국에서 운영 중인 시스템은 COMPASS(BeiDu-2 탐색 시스템, 2015년 예정, 2020년까지 전체 완성)라고 합니다.

A GPS 센서는 지구 궤도를 도는 위성으로부터 다음 정보를 수신합니다.:

  • x, y 및 z축 위치(경도, 위도 및 고도)
  • 시간(직접 PPS 신호로 코딩됨)
  • 보이는 위성의 개수

일부 GPS 센서는 속도와 같이 추가로 계산한 정보를 제공하기도 합니다. 실리콘 기술이 계속 발전하고 있기 때문에 앞으로 GPS 센서는 더욱 많은 정보를 전달할 것입니다. 현대의 IMU(Inertial Measurement Units)는 가속도, 자이로 및 온도 전달 추가 각속도 데이터(피치, 슬립, 요)와 같이 데이터율이 더 높은 다른 로컬 센서의 GPS 정보를 미세 조정하거나 보강합니다.

현재 GPS 센서는 최대한 많은 수의 위성으로부터 정보를 수신할 수 있도록 하늘이 잘 보이는 곳에 있어야 합니다(예: 차량 지붕 위)

그렇게 하면 기록 소프트웨어가 위치 데이터를 기반으로 이동한 거리, 방향 및 가속도 등을 계산할 수 있습니다.

GPS는 측정 위치의 위도와 경도를 정밀하게 계산하는 데 사용됩니다. GPS 시스템은 24시간 동안 지구 궤도를 두 바퀴 도는 많은 위성의 네트워크를 기반으로 합니다. 위성의 정밀한 궤도와 위성이 사용하는 매우 정확한 시계가 차량 또는 사용자의 위치를 정밀하게 측량할 수 있게 해줍니다. 각 위성은 정확한 위치와 매우 정밀한 시간을 전송합니다. GPS에 필요한 정확한 시간은 미 해군 관측소에 있는 원자 시계에 의해 위성 시스템으로 제공되기 때문에 정확히 동시에 작동하는 완벽한 시스템을 구축할 수 있습니다.

누가 GPS를 사용할까요?

GPS는 다양한 형태로 존재하며 모든 차량의 내비게이션 및 하이킹과 산악자전거 타기와 같은 여가 활동에도 활용할 수 있습니다. 현대의 모바일 스마트폰과 디지털 카메라에도 내부 GPS 센서가 장착되는 경우가 늘어나고 있습니다. 기상학자는 GPS를 이용하여 날씨를 예보합니다. 지질학자는 GPS를 매우 정확한 조사 방법으로 사용하거나 지진 연구의 지각 운동을 측정하는 데 사용됩니다.

QuantumX 데이터 기록장치와 함께 사용하면 GPS 자동차, 트럭, 오토바이, 운반용 기계, 농기계, 기차, 비행기 등의 동작 분석에 초점을 맞춥니다

GPS에는 매우 역동적인 관성 센서뿐만 아니라 ISO4138, ISO7401, ISO7975 또는 ISO3888-2와 같은 표준화된 테스트("elk 테스트"라고도 함)에 따라 차량 이동 측량이나 승인과 같이 더 구체적인 분야를 처리하는 관성 센서도 있습니다.


QuantumX는 측정 및 테스트용 엔지니어링 도구로 모든 유형의 아날로그 및 디지털 데이터뿐만 아니라 CAN, CCP 또는 XCP-on-CAN을 통해 버스 신호도 수집합니다.  예를 들어, “왼쪽 앞바퀴 휠 속도”와 동시에 차량의 위치(GPS)와 비디오 데이터의 상관 관계를 수집할 수 있습니다.

GPS는 어떻게 작동할까요?

GPS는 29개의 위성(최소 활동 중인 24개의 위성)을 이용한 위성 기반 내비게이션 시스템입니다. 시스템의 전체 이름은 “NAVSTAR(Navigation Satellite Timing and Ranging) – GPS(Global Positioning System)"입니다. 이 시스템은 원래 미 국방부에서 개발했습니다. 시스템은 공식적으로 1995년에 시작되었습니다. 모든 위성은 정확한 궤도를 돌면서 전 세계 곳곳에 있는 6~10개의 위성(동시에 최소 4개의 위성)으로부터 신호를 수신합니다. 모든 GPS 위성은 civil L1 주파수대에서 1575.42MHz로 C/A 코딩된 데이터를 전송합니다. 위치와 시간뿐만 아니라 특별한 위성 코드도 전송되어 다른 위성과 확실하게 구분됩니다. GPS 수신기는 이러한 신호를 해석합니다(CDMA). 고정밀 군사용 P/Y 코드는 공용이 아님

GPS 센서가 최소 3개의 위성으로부터 신호를 받을 경우 센서가 위치(위도와 경도)를 정밀하게 분석할 수 있습니다. 4개의 위성으로부터 신호를 받을 경우 고도(해발 고도)까지 계산할 수 있습니다. 비행 시 "고도"는 보통 센서와 지면 사이의 거리를 계산하는 데 사용됩니다. 신호를 받는 위성이 많을수록 위치는 더 정확해집니다.

QuantumX 시스템과 GPS 센서를 처음으로 작동시키면 위성을 찾기 시작합니다. 이 과정은 최대 5분이 소요될 수 있습니다. GPS가 초기화되고 모든 신호를 받기까지 보통 1분 정도의 시간이 소요됩니다. 소프트웨어가 이를 확인합니다.

GPS는 얼마나 정확할까요?

위치의 정확성은 여러 요인에 의해 결정됩니다. GPS 수신기가 신호를 받는 위성이 많을수록 더 정확한 신호를 수집합니다. 위성의 위치와 그에 따른 신호 수신 강도 또한 정확성을 결정하는 중요한 요소입니다. 위성과 센서 사이에 물체(예: 높은 빌딩)가 있으면 신호를 수신할 수 없거나 반사하기 때문에 정확성이 떨어질 수 있습니다. 표준 GPS 센서의 품질은 보통 10m 내에서 정확성을 유지할 수 있습니다.

QuantumX 에 GPS 센서 연결하기

QuantumX에 GPS센서를 연결할 때는 2가지 유형의 인터페이스를 사용할 수 있습니다. :

  • RS-232-/ DSub-9
  • CAN bus
    • QuantumX 인터페이스: MX840 / MX840A (채널 번호. 1) 또는 MX471 (채널 번호. 1-4)
    • 센서는 CAN bus를 통해 데이터를 전송함
    • 업데이트 속도: 20 – 200 Hz

RS-232-기반 GPS 센서 (NMEA 0183 프로토콜)

선택:

  • NAVILOCK NL-403P (하단에 마그네틱 장착)   
  • GARMIN GPS18-5 Hz
  • GARMIN GPS35 tracpak
  • VBSS 5/10/20/100 Hz

이 유형의 GPS 센서에는 안테나가 내장되어 있고 1~5Hz의 업데이트 속도를 제공하며 전력 소모가 적습니다. D-Sub-9 핀 직렬 연결이 포함된 RS-232(암) 인터페이스는 QuantumX 데이터 기록 장치에 바로 연결할 수 있습니다. 수신기는 최대 12개의 위성을 추적할 수 있습니다. 이 유형의 센서는 기차나 선박과 같이 느리게 움직이거나 빠르지 않은 차량에 적합합니다.

추가 전원 케이블은 라이터 플러그(6 -40 V DC)에 연결할 수 있습니다.센서는 방수 케이스에 담겨 제공되며 -30 - 80°C 사이의 온도에서 작동합니다

알림: HBM의 EGPS-5HZ 는 M8 수 커넥터가 함께 제공 됩니다.

RS232 / NMEA 출력 배선 (DSub-9)

 

&nb

DSub-9

Racelogic

VBSS

GARMIN
GPS18-5 Hz

GARMIN

GPS35 tracpak

Pin / Signal

Signal

Signal

Signal

1

-

red

red

2 / RX

8 / TX

white

white

3 / TX

1 / RX

green

blue

4

-

-

-

5

9

-

-

6, 7, 8, 9

-

-

-

catmanEASY의 USB기반으로 하는 센서도 제공 됩니다. 절차에 맞추어 주문해 주세요. 

RS-232 기반 GPS 센서의 단계별 매개변수화

  1. GPS 센서를 CX22-/-CX22B-W의 RS232 에 연결합니다.
  2. 데이터 기록 장치에서 소프트웨어를 시작하여 “Configure device scan(장치 스캔 구성)” 대화를 엽니다.

  1. "Manual devices(수동 장치)” 탭을 선택하여 “New device(새 장치)”를 추가합니다. 

  1. 다음과 같은 방법으로 포트를 구성합니다. (명시되어 있지 않을 경우 GPS 데이터 시트에 있음)

  1. “Consider manual devices(수동 장치 고려)" 강조 

  1. “New DAQ project(새 DAQ 프로젝트)” 시작 
  1. 모든 장치가 자동으로 스캔됩니다. 다음 스크린샷은 QuantumX 모듈 하나에 있는 채널 목록과 RS-232-기반 GPS 센서에서 보낸 GPS 신호의경도, 위도, 고도, 속도 및 시간을 보여줍니다.   

알림: 시간 신호를 제공하려면 적어도 하나의 QuantumX 모듈이 필요합니다. 모든 GPS 신호가 이 시간 그룹으로 연관됩니다.

CAN-기반 GPS 센서

기본적으로, 이 버스 표준을 제공하는 모든 GPS 센서는 QuantumX에 연결할 수 있습니다. 

모듈 MX840, MX840A 및 MX471은 ISO 11898 고속 CAN bus 연결을 제공합니다. 버스 속도는 데이터 시트에 따라 조절할 수 있습니다. 데이터 형식은 Motorola 또는 Intel입니다. MX47a가 있다면 소프트웨어를 통해 버스 종단을 전환할 수 있습니다. MX840 또는 MX840A를 사용할 경우 플러그에 납땜을 해야 합니다.


이 유형의 센서는 속도와 정밀함에서 가장 까다로운 요구사항을 가진 자동차, 경주용 차량 또는 오토바이의 차량 테스트에 사용할 수 있습니다. 대표적인 분야는 일반 차량 동역학(세로나 가로)입니다.

CAN 기반 GPS 센서의 단계별 구성

  1. 개인 CAN 버스 노드에 있는 GPS 센서를
    MX471 채널 1-4, 또는
    MX840 / MX840A 채널 1에 연결
    [알림: QuantumX에 있는 CAN bus를 종단해야 할 수도 있음(플러그에서 MX840A, 소프트웨어 명령을 통해 MX471)]
  2. 센서 데이터베이스로 이동하여 GPS 센서의 dbc 파일을 가져옴
  3. 채널 개요로 이동하여 채널에 dbc 파일을 드래그 앤 드롭하고 CAN 노드를 구성합니다.
    데이터율: 500kBit(종단을 켠 상태)
  4. 지리학적 형식(도, 분, 초)으로 위치를 표시하는 수치 표시기를 사용하여 신호를 시각화할 수도 있습니다. 

알림: 시간 신호를 제공하려면 적어도 하나의 QuantumX 모듈이 필요합니다. 모든 GPS 신호가 이 시간 그룹으로 연관됩니다.

Racelogic의 CAN-기반 GPS 센서 문제 해결

GPS 데이터가 누락되었을 경우 VBSS 소프트웨어를 사용하여 GPS 센서 분석

  1. RS232를 통해 GPS 센서를 PC에 연결한 후 정상적으로 작동하는지 확인합니다.

  1. CAN 탭을 열고 필요할 경우 다음 매개변수를 확인 및 수정합니다:
    보드 속도: 500kBit (기본)
    버스 종단 CAN bus: Active Termination(종단 활성화) = ON(켬), 센서쪽은 120 ohms
    CAN 식별자: 0x301 … 0x307
    CAN 메시지 식별자 형식: 표준 11 비트
    모든 변경 작업이 끝나면 메모를 해두고  “Write Settings(설정 쓰기)” 를 클릭하여 적용합니다.

  1. 센서의 직접 아날로그 출력 전압(BNC 플러그)을
    차량 속도(그림 참조), 횡가속도, 종가속도 또는 랩 비콘으로 구성합니다(“가상” 출발/결승선을 통과했을 때 계산한 경주 랩 타임에 대한 GPS 데이터를 기반으로 하는 디지털 펄스).
    .

위치 또는 매핑 기반 후처리 분석

강력한 후처리 도구인 GlyphWorks from HBM nCode를 사용하면 사용자의 모든 데이터를 시각화하고 수학적으로 자동으로 분석할 수 있습니다.

동기화된 디스플레이 패키지가 Microsoft MapPoint에 전역으로 매핑된 GPS 데이터를 표시하거나 전문가 기능인 Google Earth를 사용하기 위한 도구 모음을 제공합니다.

다양한 게이지 유형은 센서 또는 버스 데이터가 보낸 모든 입력, 정확한 위치 및 비디오까지도 통합적인 방식으로 표시할 수 있습니다.


PDF 형식으로 된 수많은 현장 테스트에 대한 원클릭 단일 호출기 분석 보고서는 엔지니어링 지원을 위한 완벽한 도구가 됩니다.

그림: GlyphWorks - 측정 데이터를 시각화하여 분석하기 위해 사용자의 데이터 모음을 확대/축소하고 시간 또는 주파수 도메인으로 분석

그림: GlyphWorks – 수학적 작업을 통해 그래픽 흐름으로 데이터를 분석합니다. (왼쪽부터 오른쪽으로) 데이터 도구, 계산 속도, 가속도 및 속도 단계에서의 시간, FFT 계산 및 지도

그림: GlyphWorks – 테스트의 모든 측면(메타데이터, 데이터, GPS 및 위치, 분석 등)을 포함하는 종합적인 보고서(예시)를 자동으로 생성합니다.

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