一种在Android内核层实现GNSS/INS组合导航的方法

摘要

本发明涉及一种在Android内核层实现GNSS/INS组合导航的方法，基于Android操作系统公开架构，通过修改标准Android系统的GPS HAL内核及Sensor HAL内核，以及增加一个跨硬件HAL的传感器数据访问代理模块，实现Android底层的组合导航算法。在标准Android系统中增加组合导航定位模式，并从Java本地调用层开始扩充和修改了一批相关功能的接口函数。因此，本发明具有如下优点：1、Android第三方应用开发者调用原有标准GNSS普通定位API，即可获得高精度组合导航定位结果；2、现有Android第三方应用程序无需进行修改，即可直接获得高精度组合导航定位结果。

主权项

一种在Android内核层实现GNSS/INS组合导航的方法，其特征在于，包括：增加跨硬件HAL的传感器数据访问代理模块：基于Android操作系统公开架构，通过修改标准Android系统的GPS HAL内核及Sensor HAL内核，实现Android底层的组合导航算法，并扩展Android系统的GPS接口：增加接口函数：配合传感器数据访问代理模块工作，增加的接口函数是在标准Android系统中从Java本地调用层开始扩充和修改，以实现数据在HAL内核、Linux内核驱动以及传感器数据访问代理模块之间的交互；其中，接口函数具体包括：接口函数一：在hardware/libhardware/include/hardware/gps.h中，添加一组IMUGpsInterface接口函数，由标准Android内核中GpsInterface接口的get_extension()函数引出，用以满足组合导航定位中的相关设置需求；在标准Android内核中GpsInterface接口的set_position_mode()中，扩展GPS_POSITION_MODE_IMU；接口函数二：在GPS应用框架层的JNI中也相应扩展相关接口函数，在：frameworks/base/services/jni/com_android_server_location_GpsLocationProvider.cpp中，添加对应于IMUGpsInterface接口的函数供GpsLocationProvider调用，在：frameworks/base/services/java/com/android/server/location/GpsLocationProvider.java中，添加native函数来调用JNI中的IMUGpsInterface接口函数，在GpsLocationProvider添加与GPS HAL层相对应的定位模式GPS_POSITION_MODE_IMU，根据系统设置中的设置将用户选择的定位模式传递到HAL层；该方法进一步包括：重新实现标准Android的Sensor HAL内核中的相关接口和数据访问函数，使其通过新设置的传感器数据代理SDA与惯性传感器硬件进行交互；扩展标准Android的GPS HAL内核，使其也能够通过SDA与惯性传感器硬件进行交互；通过SDA将GNSS硬件数据与Sensor硬件数据引导到任意一个HAL内核中，从而实现组合导航算法；其中，对标准Android的Sensor HAL和GPS HAL进行修改的过程包括：过程一：对标准Android的Sensor HAL进行修改，将标准Android中各种惯性传感器统一的SensorBase模块定义为IMUProxySensor，由SensorBase派生；从面向应用程序的SensorService基本服务到传感器硬件驱动的调用逻辑如下：调用1：Sensor应用框架层的SensorService从Sensor HAL驱动文件加载获取sensor_poll_device_t后，初始化IMUProxySensor；在初始化IMUProxySensor时，通过socket连接到传感器数据访问代理模块上；调用2：SensorService通过getSensorList函数来获取Sensor HAL驱动支持的传感器列表； IMUProxySensor向传感器数据访问代理模块发送SDA_GET_SENSOR_LIST消息，传感器数据访问代理模块调用内部数据读取模块的getSensorList()接口获取IMUSensor支持的传感器列表并通过SDA_SENSOR_LIST消息返回给IMUProxySensor；调用3：当应用程序向SensorService请求惯性传感器数据的时候，SensorService通过调用IMUProxySensor的setDelay()和enable()接口设置打开传感器及对应的采样率；IMUProxySensor发送SDA_SENSOR_LIST消息给传感器数据访问代理模块，传感器数据访问代理模块调用数据读取模块中IMUSensor的相应接口将参数设置到惯性传感器硬件模块中；调用4：传感器数据访问代理模块通过数据读取模块读取到IMU数据之后发送消息给IMUProxySensor，IMUProxySensor将收到的消息中的IMU数据上传给SensorService，SensorService将结果提供给应用程序；过程二：对标准Android的GPS HAL实现作出以下修改，使GPS HAL层的IMU模块访问子层与传感器数据访问代理模块的交互符合下述调用逻辑：调用1：在标准Android的GPS HAL中新增加一个IMU模块访问子层，用于与SDA通信获得惯性传感器的数据；标准Android的GPS HAL内核设置的GNSS模块访问子层，用以获得GNSS硬件数据；调用2：根据标准Android的GPS HAL的通常实现方法，在初始化GPS HAL时候调用其基本接口GpsInterface::init()，在该接口函数的实现中增加对IMU模块访问子层的初始化，并使其通过socket连接到传感器数据访问代理模块；调用3：在初始化GPS HAL时，GpsLocationProvider从系统设置中获取定位模式、打开的传感器、传感器的采样率及扩展数据，通过调用set_position_mode接口和IMUGpsInterface中的一组接口将设置信息保存到组合导航定位实现子层的共享数据iwise_data_t中；调用4：当上层应用请求GPS导航定位的时候，GPS应用框架层调用标准Android的GPS HAL的GpsInterface::start()接口；如果此时的定位模式为GPS_POSITION_MODE_IMU，IMU模块访问子层从共享数据iwise_data_t中获取需要打开的传感器及传感器的采样率，发送给传感器数据访问代理模块；传感器数据访问代理模块内部的数据读取模块读取到IMU数据之后发送消息给IMU模块访问子层，并继而返回给组合导航定位实现子层进行组合导航定位解算；调用5：当应用程序停止GPS导航定位的时候，GPS应用框架层调用标准Android的GPS HAL的GpsInterface::stop()接口，IMU模块访问子层消息发送给传感器数据访问代理模块以停止IMU数据请求。