一种导航传感器自适应接口实现方法

技术领域

本发明涉及导航传感器自适应接入/退出领域，尤其是一种各类导航设备或导航计算机自适应识别传感器硬件、自动分类接收导航信息的传感器数据处理方法。

背景技术

在新形式的信息化战争中，导航系统是各类作战平台完成作战任务的重要组成装备，其性能的优劣直接影响着平台系统作战效能的发挥。复杂的作战环境对导航设备的性能、自动化程度、自主性和可靠性等提出了更高要求。单一导航系统及单一组合导航系统已无法满足复杂电磁环境下作战对导航能力的需求，需要根据环境自适应地选用导航传感器及导航融合模式，以获得最优的导航性能。

目前各类飞机平台都装备了多种导航计算机或导航设备，每种导航计算机都接入了多种导航传感器，例如惯性导航、卫星导航、气压计、磁力计、无线电高度计、光学相机、星敏感器、微波着陆、仪表着陆、测距器等；每种导航传感器的数据接口又有多种类型，例如USB2.0(3.0)、I2C、UART、RJ45、RS232/422/485、HB6096等多种形式。现有导航计算机及传感器的数据接口及数据接口软件都是定制化的，在导航平台之间不具有通用性；新增传感器难以快速接入导航计算机，也无法满足导航传感器即插即用、快速集成整合的应用需求。

导航传感器的接入/退出、导航信息的中断/恢复等状态的变化直接影响着导航计算机对传感器使用及导航融合模式的决策结果，从而影响导航计算机输出的导航参数的性能。导航传感器灵活的接入方式能够降低导航系统研发成本，大幅缩短研制周期。综上所述，研究如何实时准确检测出导航传感器的接入或退出、导航信息的中断/恢复等状态，如何对不同接口标准、不同信息类型传感器的数据格式进行标准化定义，对提升复杂电磁环境下导航系统的导航性能及新研导航系统的快速集成有重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种导航传感器自适应接口实现方法。为解决现有技术的空缺，本发明的目的在于提供一种导航传感器自适应接口的设计方法。针对不同类型传感器制定标准化的接口控制协议，并形成传感器数据库；通过在导航计算机中设计底层驱动应用程序，在导航计算机系统启动时加载预先设计的传感器配置文件，并对导航计算机硬件接口进行实时监测，当有传感器接入或退出时，结合传感器数据库，实现传感器接入(退出)时的实时检测、数据处理任务的注册(注销)、数据订阅等功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

第一步：制定不同种类传感器标准化的接口控制协议，接口控制协议包括传感器类型码、流水号、数据时间、测量信息、数据更新率和预留信息，不同种类传感器的接口控制协议形成传感器数据库，便于导航信息的自动分类接收；

第二步：设计传感器配置文件；

根据导航计算机配置的导航传感器的种类和数量，设计传感器配置文件中的配置项，每一个传感器为一个配置项，配置项内容包括导航计算机预加载的每一个传感器的接口类型、传感器类型码、数据帧头标志、数据帧尾标志和校验码，其中“传感器类型码”字段的内容在传感器数据库内具有唯一性，所有传感器的配置项内容存储在一个可读取的文本文件中形成传感器配置文件；

第三步：设计底层驱动应用程序；

底层驱动应用程序根据第二步设计的传感器配置文件启动并初始化各种传感器处理任务，每个处理任务包含守护线程和数据采集线程，其中守护线程实时监测并获得接入的传感器种类；数据采集线程获取数据，并实时监测该种类传感器是否离线，实现传感器状态的实时监测以及数据的实时接收，为导航计算机进行传感器的选用提供决策依据。

所述每一种类传感器处理任务的处理流程如图3所示，具体步骤包括：

1)如果监测到某种类的传感器存在，则认为该种类传感器上线，启动该种类传感器相应的数据采集线程，此时守护线程处于休眠状态，否则继续监测传感器数据接口；

2)当某种类传感器上线后，数据采集线程按照每种传感器数据格式进行数据采集，同时通过访问公共变量的方式，通知其他所有守护线程停止对该种类传感器的数据接口进行数据获取；如果监测到该类传感器离线后，通知其他所有守护线程恢复对该种类传感器数据接口的实时监测。

所述传感器上线监测的步骤为：某种类传感器处理任务根据传感器配置文件中的子配置项的顺序依次监测对应的传感器接口的数据，对接口数据缓存区DATA进行查询，如果数据与中包含传感器类型码或数据帧头帧尾以及检验码匹配，则认为该种类传感器上线。

所述传感器离线监测的步骤为：如果判断接口传感器数据缓存区数据的数量为零或传感器数据状态为无效时，则确定该种类传感器离线。

本发明的有益之处在于通过设计传感器数据库、传感器配置文件和底层驱动应用程序，一方面实现了导航传感器不用区分硬件具体接口(随机地)接入导航计算机，这种传感器灵活的使用方式提升了新型导航系统快速集成应用的效率；另一方面实现了导航传感器接入/退出、导航信息的中断/恢复的自动发现，为导航计算机进行传感器的选用提供决策依据。

附图说明

图1传感器自适应接口实现方法的基本原理框图；

图2接口控制协议组成图；

图3传感器处理任务的处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的目的在于提供一种导航传感器自适应接口的实现步骤。其基本原理如图1所示。针对不同种类传感器，设计导航传感器数据库以及传感器配置文件；导航计算机上电时启动底层驱动应用程序，底层驱动应用程序加载传感器配置文件，传感器处理任务实现传感器随机接入(退出)时的智能化实时监测以及传感器数据的自动分类，并向导航计算机提供标准化的导航信息。

本发明的主要特征体现在：

1)当有多种传感器需接入导航计算机时，如果其数据接口属于同一类型，则可以实现不用区分硬件具体接口(随机地)接入导航计算机，并且实现了导航传感器的自动发现及导航信息按标准格式的自动分类获取；

2)当传感器下电退出或信息中断时，也实现了导航传感器状态的上报；

3)当有新型传感器当有新型传感器需要引入导航计算机或某个传感器重导航计算机移除时，只需增加或删除相应传感器数据库和传感器配置文件中的子项内容。

本发明技术方案的具体实施方式包括以下步骤：

第一步：制定不同种类传感器标准化的接口控制协议，如图2所示，并形成传感器数据库，便于导航信息的自动分类接收。

接口控制协议主要包括传感器类型码、流水号、数据时间、测量信息、数据更新率和预留信息。传感器类型码用于区分传感器的类型，在传感器数据库中具有唯一性。流水号用于记录依次接入系统内的传感器的序号。数据时间为传感器数据的系统时标。测量信息为传感器输出的测量信息，包括传感器的状态标识，详细测量数据，数据更新率等，不同的传感器详细测量数据也不同。

传感器数据库包括可用于导航的各种传感器，例如惯性导航类、卫导类、塔康类、星敏感器类、雷达类、气压高度类、无线电高度类、光学相机类、磁力计类、微波/仪表着陆类、精密测距类等，但不限于这些传感器种类。

第二步：设计传感器配置文件。配置文件内容包括导航计算机预加载的传感器接口类型、传感器类型码、数据帧头标志、数据帧尾标志、校验码，根据导航计算机导航传感器的配置需求，建立相应传感器配置文件中的配置项。当有新型传感器需要引入导航计算机或某个传感器重导航计算机移除时，只需增加或删除相应传感器数据库和传感器配置文件中的子项内容。

第三步：设计底层驱动应用程序。底层驱动应用程序根据配置文件内容启动并初始化各种传感器处理任务。每个任务包含守护线程和数据采集线程，其中守护线程根据配置文件信息查询硬件接口并获取数据，实时监测接入的传感器种类；数据采集线程按照传感器数据格式进行数据采集，同时实时监测该种类传感器是否离线，实现传感器状态的实时监测以及数据的实时接收，为导航计算机进行传感器的选用提供决策依据。每一种类传感器处理任务的处理流程如图3所示，具体步骤包括：

1)如果监测到某种类的传感器存在，则认为该种类传感器上线，启动相应的数据采集线程，此时令守护线程处于休眠状态，否则继续监测。

传感器上线监测方法：某种类传感器处理任务根据传感器配置文件中的子配置项的顺序依次监测对应的传感器接口的数据，对接口数据缓存区DATA进行查询，如果数据与中包含传感器类型码或数据帧头帧尾以及检验码匹配，则认为该种类传感器上线。

2)当某种类传感器上线后，数据采集线程按照每种传感器数据格式进行数据采集，同时通过线程间的数据共享通知其他所有守护线程停止对该种类传感器的数据接口进行数据获取；如果检测到该类传感器离线后，通知其他所有守护线程恢复对该种类传感器数据接口的实时监测。

传感器离线监测方法：如果判断接口传感器数据缓存区数据的数量为零或传感器数据状态为无效时，则确定该种类传感器离线。