[发明专利]一种基于无线能量传输驱动的目标被动追踪系统和方法

说明书

本发明提供一种基于无线能量传输驱动的目标被动追踪系统和方法。该系统包括能量发射装置，多个无源锚节点和目标节点，其中：所述能量发射装置含有多个天线，具有无线能量发射和反馈数据接收功能；所述目标节点周期性的广播测距信号；所述无源锚节点通过接收所述能量发射装置发送的无线能量作为供电电源，并捕捉待追踪目标节点发送的测距信号，且将目标节点发送的测距信号转化为测距信息回传至所述能量发射装置，进而由所述能量发射装置基于该测距信息定位目标节点的位置。本发明的系统和方法能够控制定位精度和总体功耗，实现功率的按需分配。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于无线能量传输驱动的目标被动追踪系统和方法。

背景技术

对于基于物联网(IoT)的定位系统来说，延长其生命周期是一个关键问题。特别是在GPS无法到达的环境中，如建筑物、城市峡谷、树冠下或洞穴，物联网设备可以大规模部署在这样广阔的区域，需要足够的能量来维持较长的使用寿命。为了使无线定位系统保持在低能耗模式，研究者们提出了很多节能方案。然而，无论如何设计物联网系统的节能方案，最终都不可避免地会耗尽电池。虽然电池可以更换或充电，但对于在恶劣环境下大规模部署的网络来说，是不方便、昂贵甚至危险的。

近年来，基于射频(RF)的无线功率传输(WPT)技术得到了学术界和工业界的广泛关注。对于功率受限的无线网络或无线传感器网络来说，这是一个很有前途的解决方案。有了WPT，物联网节点可以在没有电池的情况下工作，并且仍然有无限的电源供应。因此，使用WPT可以有效地解决物联网设备的能量瓶颈。在WPT中，一些通信和相关应用出现在最近的工作中。同步无线信息和功率传输(SWIPT)系统采集无线能量，为无线设备供电，以便传输数据。实践证明，许多无线通信系统都可以与无线功率传输技术相结合，有效地优化了MIMO、后向散射技术、基于中继的通信和毫米波传输系统等。除了基础研究外，WPT还被广泛应用于RFID、体域网、地下传感网等通信系统中。因此，WPT是一种很有前途和可行的无线通信和应用解决方案，它将有利于无线定位系统作为一种新型的能源供应商。

目前针对物联网的能量供给技术，主要分为两个方面，一方面是节能技术，另一个方面是采用无线充电技术。目前尽管存在大量的物联网节能技术，但除了采用电力线供电以外，还没有能够保证物联网节点能够持续工作的技术方案。采用无线充电技术为物联网设备充电目前也有很多方案，例如采用磁感应技术、磁耦合技术和微波无线充电技术，但在现有技术还不存在直接针对物联网定位系统的无线充电技术的应用，也不存在针对无线充电定位系统的资源和能量分配方法。

在现有技术中，尽管有很多针对定位系统的节能技术，例如降低采样频率、降低信号发射功率等，在保证一定定位精度的前提下，尽可能的降低系统的总能耗。然而这种方法的固有缺点是电池的容量始终是一个下降的过程，无论采用何种节能技术，最终电池仍然会被耗尽，仍需重新充电或更换电池。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于无线能量传输驱动的目标被动追踪系统和方法，能够同时控制系统定位的精度以及总体功耗。

根据本发明的第一方面，提供了一种基于无线能量传输驱动的目标被动追踪系统。该系统包括：能量发射装置，多个无源锚节点和目标节点，其中，所述能量发射装置含有多个天线，具有无线能量发射和反馈数据接收功能；所述目标节点周期性的广播测距信号；所述无源锚节点通过接收所述能量发射装置发送的无线能量作为供电电源，并捕捉待追踪目标节点发送的测距信号，且将目标节点发送的测距信号转化为测距信息回传至所述能量发射装置，进而由所述能量发射装置基于该测距信息定位目标节点的位置。

根据发明的第二方面，提供一种基于无线能量传输驱动的目标被动追踪方法，用于本发明所提供上述系统，该方法包括以下步骤：设计联合系统定位精度和能耗的多目标优化问题；通过求解该优化问题来选择参与定位的无源锚节点并控制分配所选无源锚节点的接收功率。