具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例的基本原理，采用二次转存的方式，无线数据装订过程不再需要弹载计算机参与，无线供电模块不再需要驱动弹载计算机，大幅降低了电能需求(仅需mW级)；二次转存指的是增加一个独立的中转存储器和微功耗嵌入式系统，将数据的无线装订和弹上装载过程分开：

(1)进行数据的无线装订时，通过无线通信的方式将装订数据存储至中转存储器14。此时弹载计算机18不工作，也无需激活弹内的热电池17，无线供电模块仅需驱动无线通信模块、微功耗嵌入式系统13和中转存储器14，可以多次重复装订。

(2)待炮弹正式发射前，其内部的热电池17和弹载计算机18才被激活，此后微功耗嵌入式系统13读取中转存储器14内保存的数据，并通过对弹通信接口16，将数据装入弹载计算机内18。

实施例1，

一种二次转存式微功耗无线数据装订装置，包括发射端1、接收端2；

发射端1，包括无线能量发射模块5、第一无线数据收发模块7、电源4、测发控系统6，无线能量发射模块5与外置的电源4连接，无线能量发射模块5将电能无线传输至接收端2的无线能量接收模块8，无线能量接收模块8获取无线传输的能量，为无线数据装订的整个接收端2供电；根据应用场合和传输载体，无线能量接收模块8和无线能量发射模块5采用磁耦合线圈(炮筒内近距离应用)、光电池(需要抗强电磁干扰场合)、超声换能器(水下应用)、射频整流天线(远距离装订)或定向天线中任意一种形式的能量转换装置。

第一无线数据收发模块7与测发控系统6连接，测发控系统6是导弹测试、发射控制等地面设备的总称，由测试设备、发控设备、瞄准设备、通讯设备等部分组成；第一无线数据收发模块7，用于与第二无线数据收发模块9配合，实现测发控系统6与微功耗嵌入式系统13之间的双向无线信息交互。具体的，第一无线数据收发模块7和第二无线数据收发模块9的射频端无线通讯连接，用于实现无线数据装订发射端1和无线数据装订接收端2之间的双向无线通信；第二无线数据收发模块9的数据端与微功耗嵌入式系统13之间双向数据连接，用于测发控系统6与微功耗嵌入式系统13之间的信息交互。在一些实施例中，根据应用场合和传输载体，第一无线数据收发模块7和第二无线数据收发模块9采用微功耗射频无线收发器、红外/激光数据收发装置或声学通信装置中的任意一种。

接收端2固定在弹上，用于以二次转存的方式实现数据装订过程中数据的无线装订和弹上装载；具有两套独立的供电系统，且互不影响；还具有两套独立的通信接口。接收端2包括无线能量接收模块8、第二无线数据收发模块9、微功耗嵌入式系统13、中转存储器14、热电池上电检测模块15、二极管D1、二极管D2、储能模块10、低功耗DC-DC12、能量检测模块11和对弹通信接口16。

接收端2包括微功耗嵌入式系统13和中转存储器14，在数据的弹上装载过程中，微功耗嵌入式系统13和中转存储器14由激活状态的热电池17供电，热电池17安装于导弹内部；在数据的无线装订过程中微功耗嵌入式系统13通过第二无线数据收发模块9接收装订数据，并将装订数据存至中转存储器14；在数据的弹上装载过程中，微功耗嵌入式系统13通过对弹通信接口16与弹载计算机18双向数据连接，将数据装入弹载计算机18内。具体的，微功耗嵌入式系统13与对弹通信接口16的一端数据接口双向数据连接，对弹通信接口16另一端的数据接口与弹载计算机18双向数据连接；弹载计算机18和热电池17均安装于导弹内部，组成弹上系统3。

接收端2在数据的无线装订过程中由无线能量接收模块8供电；无线能量接收模块8的输出端串联二极管D1后与储能模块10连接，储能模块10通过低功耗DC-DC 12与微功耗嵌入式系统13连接，用于将无线能量接收模块8所获得的电能实现存储并转换为微功耗嵌入式系统13所需的恒定电压，为无线数据装订接收端2供电。在一些实施例中，根据实际应用对储能电量的需求，储能模块10采用多层陶瓷电容、固态电容、超级电容或微型电池等。在一些实施例中，低功耗DC-DC 12采用超低静态功耗的升降压(Buck-Boost)开关稳压器。

热电池17输出端串联二极管D2后与储能模块10连接，热电池上电检测模块15的输入端与热电池17连接，热电池上电检测模块15的输出端与微功耗嵌入式系统13的IO管脚连接或ADC管脚连接；热电池上电检测模块15及二极管D1、二极管D2用于识别微功耗嵌入式系统13的当前供电电源的来源，以便微功耗嵌入式系统13判断数据的无线装订或弹上装载任务。其中热电池上电检测模块15采用微功耗门限比较器比较、光耦开关或ADC采样等方式实现。二极管D1和二极管D2防止两路电源之间的电流互相倒灌，避免影响识别供电来源。

储能模块10的输出端与能量检测模块11的输入端连接，能量检测模块11的输出端与微功耗嵌入式系统13的IO管脚或ADC管脚连接，能量检测模块11用于检测储能模块10的当前剩余电量，以便微功耗嵌入式系统13能够在电量不足时及时改变通信策略，防止瞬时电量不足引起的系统复位。在一些实施例中，能量检测模块11采用微功耗门限比较器比较、ADC采样或开关电容采样等低功耗途径实现。

微功耗嵌入式系统13与中转存储器14之间通过双向数据总线连接，用于在装订过程中临时替代弹载计算机18和弹上存储器。在一些实施例中，微功耗嵌入式系统13采用微功耗的单片机，例如MSP430系列单片机；中转存储器14采用微功耗非易失性存储器，例如CY15B102Q系列铁电存储器，完成装订所需的电功率远低于弹上系统。

对弹通信接口16，用于匹配弹载计算机18的通信接口，在弹载计算机18读取转存存储器数据的期间，实现接收端2与弹载计算机18之间通信电平格式及协议的转换，对弹通信接口16的电源接口与弹上系统3连接，对弹通信接口16的电源由弹上系统3提供，在无线数据装订期间并不工作，也不消耗无线数据装订系统的电能。在一些实施例中，根据实际应用所需的电平格式及协议，对弹通信接口16可采用RS422转换器、CAN-BUS或1553B总线转换器等模组。

实施例2，

一种二次转存式微功耗无线数据装订方法，分为数据的无线装订任务、弹上装载任务两个分支，微功耗嵌入式系统13被供电激活后，微功耗嵌入式系统13通过当前供电的来源判断微功耗嵌入式系统13执行的任务为数据的弹上装载或数据的无线装订；如果微功耗嵌入式系统13执行的任务为弹上装载，通过对弹通信接口16向弹载计算机18装载数据；如果微功耗嵌入式系统13执行的任务为无线装订，以异步请求应答的方式实现数据的无线装订，装订步骤不仅具有断点重传的功能，而且能够实现能量-时间的综合利约束；具体的，为防止系统因储能不足而频繁掉电，增加数据装订时间，每次数据包传输过程均由接收端2发起，每次发送传输请求前均执行能量预判及能量自适应步骤。

在一些实施例中，一种二次转存式微功耗无线数据装订方法，如图2所述，具体按照以下步骤进行：

步骤1、微功耗嵌入式系统13通过当前供电的来源判断微功耗嵌入式系统13执行的任务为数据的弹上装载或数据的无线装订；根据热电池上电检测模块15的结果，如果微功耗嵌入式系统13执行的任务为弹上装载，向弹载计算机18装载数据；微功耗嵌入式系统13读取中转存储器14内的装订数据，并模拟地面的测发控系统6的行为，将数据装订进入弹载计算机18，结束程序；若微功耗嵌入式系统13执行的任务为无线装订，顺序执行步骤2。

步骤2、能量预判及能量自适应；微功耗嵌入式系统13通过能量检测模块11获取储能模块10的剩余电量，微功耗嵌入式系统13预估下一包握手通信的预估能量阈值，并根据当前剩余电量和预估能量阈值自适应能量状态，直到微功耗嵌入式系统13的能量满足要求后顺序执行步骤3；具体的，如果当前电容电压U_cur小于电量预判的电压阈值U_th，则继续等待充电，进入低功耗模式休眠等待100ms后，重复执行该过程；如果当前电容电压U_cur大于电量预判的电压阈值U_th，在传输请求包内写入能够接收的最长数据长度N_r·max，顺序执行步骤3。

步骤3、判断中转存储器14内数据是否完整；微功耗嵌入式系统13读取中转存储器14内数据，校验其完整性；如果中转存储器14内数据完整或空白，说明上一次装订正常结束或从未装订过数据，当前装订操作是新装载的数据，发送第1包传输请求，接收、校验并存储数据至中转存储器14，执行步骤5；如果中转存储器14内有部分数据但不完整，说明装置在上一次装订中发生过掉电，执行断点续传，顺序执行步骤4。校验和存储过程的时长较短、功耗较低，该过程对储能电量的影响可忽略不计。

步骤4、续传状态检测；微功耗嵌入式系统13发送续传请求，接收发送端1发送的待传数据特征码后，对比本次待传数据特征码与中转存储器14内存储的上一次未传完数据特征码；如果两个特征码相同，则说明需要续传数据，发送断点包传输请求，接收、校验并存储数据至中转存储器14，执行步骤5；如果两个特征码不同，说明当前装订操作是新数据，需要覆盖原有续传数据，发送第1包传输请求，接收、校验并存储数据至中转存储器14，执行步骤5。

步骤5、能量预判及能量自适应；微功耗嵌入式系统13通过能量检测模块11获取储能模块10的剩余电量信息，根据当前剩余电量和预估能量阈值自适应能量状态；如果当前电容电压U_cur小于电量预判的电压阈值U_th，则继续等待充电，进入低功耗模式休眠等待100ms后，重复执行该过程；如果当前电容电压U_cur大于电量预判的电压阈值U_th，在发送下一包的传输请求包内写入能够接收的最长数据长度N_r·max，则顺序执行步骤6。

步骤6、进行一次数据包传输；发送下一包传输请求，接收、校验并存储数据至中转存储器14；如果仍有待传数据包，重复执行步骤5；如果所有数据包传输完毕，则结束程序。

步骤2、步骤5中预估能量阈值除了电压阈值U_th，还可以是电量百分比阈值，但电压阈值最易实现；预估下一包握手通信的预估能量阈值具体为：微功耗嵌入式系统13根据式(1)-(2)计算下一包握手通信的预估电压阈值U_th，根据上次握手通信的能量增加的平均速率，合理预估本次握手通信的能量；

其中，P_pred表示无线能量接收模块8在预测本次握手通信时间段内采集得到的平均功率；C表示储能模块10的电容量；ΔT表示上上次数据接收结束到上次数据接收结束的时间间隔，具体可由低功耗嵌入式系统13的定时器测得时间间隔ΔT；U_cur1表示上上次数据接收结束时刻的剩余电量，U_cur2表示上次数据接收结束时刻的剩余电量，均由能量检测模块11测得；R_B表示字节传输速率；P_e表示发送传输请求包时系统消耗的平均功率；P_r表示接收数据时系统消耗的平均功率，P_r和P_e可以通过实验测量精确获得，或由各模块芯片功耗参数相加估算。N_r表示上次接收数据长度，单位：字节；N_e表示上次发送传输请求包长度，单位：字节；T_wait表示空闲超时等待时间，用N_wait/R_B表示，取N_wait为5-10字节；U_min表示在不进行接收数据和发送传输请求包时，所维持接收端工作的最小电压值。

步骤2、步骤5中能够接收的最长数据长度N_r·max(单位：字节)通过式(3)根据当前剩余电量U_cur计算：

如果当前剩余电量U_cur小于预估的电压阈值U_th，则继续等待充电，进入低功耗模式休眠等待100ms后，重复执行该过程；如果当前剩余电量U_cur大于预估的电压阈值U_th，在发送下一包的传输请求包内写入N_r·max信息，实现微功耗嵌入式系统13的自适应能量状态。

部分现有能量自适应方法仅根据当前储能状态改变发送报文间隔，数据报文间隔只有若干种可选值，并且数据包包长较短且是固定长度(8字节)，并且通信速率要求不高(最高1分钟发送一次报文)。

本发明实施例面向数据流的装订，装订数据容量在数十至数百KB，这就要求本发明的装订方法一方面考虑系统的能量约束，防止系统因储能不足而频繁掉电；另一方面，要求较高的数据装订速率，在尽可能短的时间内完成数据的无线装订，例如要求在每秒内必须完成至少4KB的数据装订。

本发明的能量预估不仅考虑当前剩余能量是否足够，还考虑能量增加速率。详细地说，装订过程本身需要较长时间，这段时间内能量在消耗的同时系统也在接收能量。此外，本发明的能量自适应方法，每次发送传输请求前根据预估值电压门限值与当前剩余电量的状态，自适应地调整接收的数据包长，只要能量足够就会启动数据帧传输，而且允许任意变长的帧，在满足能量约束的基础上，提高了数据装订的速率。例如本发明所采取的能量预估和能量自适应方法，根据系统的能量状态数据包长可在128字节至1024字节范围内改变，平均可在每秒内完成至少4KB的数据装订。

实施例3

图3示例了本发明在无线数据装订装置中的应用，该装置以光为传能和通信载体实现射前的数据装订，可以有效避免战场各类恶意电磁干扰对装订过程的影响。

在无线数据装订发射端1，采用LED光源作为无线能量发射模块5，采用红外收发管作为第一无线数据收发模块7。

在无线数据装订接收端2，采用光电池作为无线能量接收模块8，光电池输出约5V的直流电压，其作用是获取并转化LED光源传输的光能，为整个无线数据装订接收端2供电。

采用红外收发管作为第二无线数据收发模块9，通信波特率为115.2kbps，其作用是实现无线数据装订发射端、接收端之间的双向通信。

采用MSP430系列单片机作为微功耗嵌入式系统13，采用256KB的CY15B102Q系列铁电存储器作为微功耗的中转存储器14，其作用是在装订过程中临时替代弹上计算机和弹上存储器，完成装订所需的电功率远低于弹上系统。

采用微功耗迟滞比较器实现热电池上电检测模块15，用于识别当前供电电源的来源。设定比较门限电压为3.3V，如果热电池17输出电压高于3.3V比较门限电压，则微功耗迟滞比较器输出高电平，此时认为热电池17处于激活状态，热电池17在为无线数据装订接收端2供电；如果热电池17输出电压低于3.3V比较门限电压，则微功耗迟滞比较器输出低电平，此时认为热电池17未激活，光电池在为无线数据装订接收端2供电。

采用100uF的多层陶瓷电容器作为储能模块10，将光电池所获得的电能进行存储。采用LTC3103系列开关稳压器作为低功耗DC-DC 12，具有超低静态功耗，可输出约3.3V的稳定供电电压。

采用ADC采样实现能量检测模块11，通过采样储能电容两端的电压，获得储能电容的电量剩余，以便MSP430能够实现能量的自适应，防止瞬时电量不足引起的系统复位。

采用串口转RS422转接器实现对弹通信接口16，在弹载计算机18读取中转存储器14数据的期间，实现无线数据装订接收端2与弹载计算机18之间通信电平格式及协议的转换。由弹上系统3提供为其供电，在无线数据装订期间并不工作，也不消耗无线装订系统的电能。

实施例4，

一种二次转存式微功耗无线数据装订方法，采用实施例3所述的二次转存式微功耗无线数据装订装置，接收端2发送传输请求包时的平均功率P_e较高，为节省电能消耗，通信协议的传输请求包的长度N_e尽可能简短，例如续传请求的包长N_e仅1字节，可采用字符‘U’；断点包传输请求的包长N_e为4字节(1字节表示包序号标识，2字节表示包序号信息，1字节表示CRC校验)；第1包传输请求和下一包传输请求的包长N_e为4字节(1字节表示包长标识，2字节表示能够接收的最长数据长度N_r·max，1字节表示CRC校验)。

数据包据格式：数据包包长N_r字节，包括1字节的帧头、2字节的帧序号、2字节的帧序号补码、(N_r-7)字节的有效数据、2字节的CRC校验。

步骤1、判别当前供电的来源，以便微功耗嵌入式系统13判断所需执行的任务分支。如果微功耗迟滞比较器输出高电平，判定热电池17在为无线数据装订接收端2供电，执行数据的弹上装载任务，MSP430单片机读取CY15B102Q铁电存储器内的装订数据，并模拟地面的测发控系统6的行为，将数据装订进入弹载计算机18，结束程序；如果微功耗迟滞比较器输出低电平，判定无线能量接收模块8在为无线数据装订接收端2供电，则执行数据的无线装订，顺序执行步骤2。

步骤2、能量预判及能量自适应。利用ADC采样储能电容两端的电压U_cur，微功耗嵌入式系统13根据能量预估方法，例如公式(1)和(2)计算下一包握手通信的预估电压阈值U_th，如果当前电容电压U_cur小于电量预判的电压阈值U_th，则继续等待充电，进入低功耗模式休眠等待100ms后，重复执行该过程；具体地，如果当前电容电压U_cur大于电量预判的电压阈值U_th，由公式(3)计算可接收数据的最大字节数为N_r·max后，在发送下一包的传输请求包内写入N_r·max信息，则顺序执行步骤3。

步骤3、校验数据完整性。MSP430单片机读取CY15B102Q铁电存储器内的数据，校验其完整性。如果铁电存储内数据完整或空白，说明上一次装订正常结束或从未装订过数据，当前装订操作是新装载的数据，发送第1包传输请求，接收、校验并存储数据至中转存储器，执行步骤5；如果铁电存储器内有部分数据但不完整，说明装置在上一次装订中发生过掉电，需要执行断点续传，顺序执行步骤4。

步骤4、续传状态检测。MSP430单片机发送续传请求(字符‘U’)，接收发送端1发送的待传数据特征码(将文件内容映射为16位的MD5值)后，对比本次待传数据特征码与铁电存储器内存储的上一次未传完数据特征码。如果两者相同，则说明需要续传数据，发送断点包传输请求，接收、校验并存储数据至中转存储器，执行步骤5。如果数据特征码不同，说明当前装订操作是新数据，需要覆盖原有续传数据，发送第1包传输请求，接收、校验并存储数据至中转存储器，执行步骤5。

步骤5、能量预判及能量自适应。利用ADC采样储能电容两端的电压U_cur，微功耗嵌入式系统13根据能量预估方法，公式(1)和(2)计算下一包握手通信的预估电压阈值U_th，如果当前电容电压U_cur小于电量预判的电压阈值U_th，则继续等待充电，进入低功耗模式休眠等待100ms后，重复执行该过程；详细地说，如果当前电容电压U_cur大于电量预判的电压阈值U_th，由公式(3)计算可接收数据的最大字节数为N_r·max后，在发送下一包的传输请求包内写入N_r·max信息，则顺序执行步骤6。

步骤6、进行一次数据包传输。发送下一包传输请求，接收、校验并存储数据至铁电存储器。如果仍有待传数据包，重复执行步骤5。如果所有数据包传输完毕，则结束程序。

该实施例还具有以下优势：

1、该实施例无线数据装订装置具有256KB的装订容量和平均可在每秒内完成至少4KB的数据装订，在满足较大容量装订需求的同时，也可满足快速、批量装订的要求；并且在装订前不必激活弹内的热电池为装订系统供电，具有多次数据装订的能力。

2、该实施例的无线数据装订接收端的平均功耗仅为0.5毫瓦左右，无线能量接收面积仅2.0平方厘米，电路空间体积＜2立方厘米，可适应较小弹径的智能弹药的射前数据装订。

3、具有对能量状态的自适应性。随着装订距离的增大，储能所需时间延长，通信包长会自动变短。例如弹体和数据装订系统的传输距离在20厘米内可实现数据包包长为1024字节装订数据的传输，弹体和数据装订系统的传输距离在20厘米至50厘米内，无线装订系统数据包长自动变短，以适应能量传输功率的下降。即使无线数据装订过程中电力供应彻底中断，无线数据装订接收端复位后，也可从断点位置继续传输数据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。