[发明专利]一种多频多目标选择性无线输能方法与系统

权利要求书

1.一种多频多目标选择性无线输能方法，包括以下步骤：

步骤1.选取多频输能系统的输能频点

步骤1-1.构建输能系统

在目标输能区域放置M个接收装置EC₁～EC_M，构成输能系统的接收装置组ECG；

在输能区域外侧环绕放置N个发射装置TR₁～TR_N，构成输能系统的发射装置组TRM；

步骤1-2.提取输能系统信道参数

基于步骤1-1构建的输能系统，检测输能系统中的最大多径时延τ_max，从而得到对应的相干带宽为以2ΔB的频率间隔，将系统采用的输能带宽范围[f_L，f_H]离散化得到K个频点f₁，…f_k，…f_K，1≤k≤K，并提取出这K个不同频点下的输能系统信道参数矩阵H₁，…H_k，…H_K，包括步骤如下：

(1)将频率为f₁的正弦信号通过接收装置EC₁～EC_M发射，N个发射装置TR₁～TR_N接收并记录该正弦信号，即总共M组频率为f₁的信道参数矩阵表示为H₁＝[h₁₁，...h_m1，...h_M1]^T∈C^M×N，其中，h_m1表示第m个接收装置EC_m与N个发射装置TR₁～TR_N之间频率为f₁的幅度相位信息，1≤m≤M，上标T表示矩阵转置，C^M×N表示M×N的复矩阵；

(2)另外选用频率为f₂，…f_k，…f_K的正弦信号，依次重复进行上述操作，提取频率f₂，…f_k，…f_K下的输能系统信道参数矩阵H₂，…H_k，…H_K；

步骤1-3.输能系统频点的选择

选取输能区域所有接收装置EC₁～EC_M作为待输能目标，这M个待输能目标输能的总效率代表整个输能区域的总效率；

在K个不同频点下，对所有接收装置的输能效率计算通过公式求解，其中η_k表示在第k个频点下的输能效率，λ_max(·)表示矩阵的最大特征值，表示输能系统信道参数矩阵H_k的共轭转置；

输能频点的选取操作步骤如下：

(1)利用步骤1-2提取的输能系统信道参数矩阵H₁，…，H_K，结合公式计算出K个不同频点下矩阵的最大特征值

(2)将K个最大特征值按照大小顺序依次排列，选取其中的A个最大值1≤k_a≤k_A≤K，其对应频点分别为那么该A个频点即为输能系统所选取的输能频点；

步骤2.多目标选择性无线输能的实现

步骤2-1.设定系统优化变量及优化指标

根据实际应用需求，选出需要输能的E个接收装置作为待输能目标，其余M-E个接收装置即为非待输能目标；

设定系统优化变量如下：

设置选取的A个不同输能频点下的加权因子分别为其中表示在频率下第m个接收装置的加权因子，若EC_m属于E个待输能目标，则为包含幅相信息的复数变量，若EC_m属于M-E个非待输能目标，则

设置系统优化指标如下：

(1)M-E个非待输能目标处接收到的最大功率值与E个待输能目标处接收的最小功率值之比，定义为输能系统的旁瓣值SLL；

(2)E个待输能目标接收的总功率与N个发射装置TR₁～TR_N发射的总功率之比，定义为输能系统的效率值η；

(3)为了兼顾系统的两个输能指标，设置最大效率阈值η_th与最小旁瓣阈值SLL_th，用代价函数COST表示两者联合优化指标：COST＝w₁·(SLL-SLL_th)+w₂·(η_th-η)，w₁、w₂表示SLL与η之间的优化权重系数；

步骤2-2.系统馈入信号的优化

根据实际需求，设定出E个待输能目标之间的功率分配比w′＝[w′₁，w′₂，…，w′_E]，即满足其中表示E个待输能目标分别接收到的输能信号功率；为了得到系统A个输能频点下的最佳馈入信号，以加权因子为优化变量，对系统的旁瓣值SLL、输能效率η两指标进行联合优化，具体优化问题表征如下：

采用全局优化算法求出使得COST最小的一系列最优加权因子即可求得A个输能频点下的馈入信号为其中

步骤2-3.系统馈入信号的传输

通过上述优化得到各个频点的馈入信号叠加成总馈入信号将该总馈入信号分别馈入对应的N个发射装置TR₁～TR_N中，即可实现对预期E个待输能目标进行高效、低旁瓣的能量传输。

2.如权利要求1所述的一种多频多目标选择性输能方法，其特征在于，步骤2-2中，所述全局优化算法为单纯形算法、遗传算法、或者蚁群算法。