[发明专利]一种基于近场定位的磁信道估计方法

权利要求书

1.一种基于近场定位的磁信道估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)初始时从发送线圈阵列中选择3个发送线圈，加载带有固定频率的交流信号，唯一的接收线圈摆放在任意位置；

(2)依次观测3个发送线圈上的电流，然后观测实际加载到发送线圈上的电压，每个发送线圈的观测实施多次；

(3)根据发送线圈与接收线圈之间的互感与磁场强度的理论关系，利用最小二乘法，估计所述3个发送线圈与接收线圈间的磁场强度，继而估计接收线圈的位置；

(4)利用所述步骤(3)估计的位置以及除所述3个发送线圈以外的其他发送线圈与接收线圈的相对位移，算出除所述3个发送线圈以外的其他发送线圈与接收线圈间的互感，根据计算出的互感调整所有发送线圈上电压或电流的幅度与相位，计算接收功率与发送功率，进而计算能量传输效率，使调整后的能量传输效率优于调整前。

2.根据权利要求1所述的一种基于近场定位的磁信道估计方法，其特征在于，所述步骤(2)中，包括如下步骤：

不同时刻的发送线圈上的电流向量是正交的：每个时刻只有一个发送线圈闭合，观测的是发送线圈上的电流，发送线圈上的总电压，以及实际加载到发送线圈上的电压，所述实际加载到发送线圈上的电压指的是总电压减去电路中电阻上的分压，每个发送线圈的观测实施多次。

3.根据权利要求1所述的一种基于近场定位的磁信道估计方法，其特征在于，所述步骤(3)中，发送线圈与接收线圈间的KVL方程表述为：

式中：I_r为接收线圈上的电流，R_r为接收线圈上的负载阻抗，j为复数的虚部，ω为施加在发送线圈上的交流信号的频率，为第n个发送线圈与接收线圈间的互感，为第n个发送线圈上的电流，为第n个发送线圈上的阻抗，v_n为加载到第n个发送线圈上的总电压；

上面两个式子简化为：

令其中，l表示第l次观测，y_n(l)为第l次观测时实际加载到第n个发送线圈上的真实电压，v_n(l)为第l次观测时加载到第n个发送线圈电路上的总电压，表示第l次观测时第n个发送线圈上的电流，将式子表示为：

用表示第l次观测时实际加载到第n个发送线圈上的电压的观测值，通过求解下面的最小二乘问题获得的估计值：

该式表示观测值与实际值误差的2-范数平方和，式中，L为观测次数，上述式子就是估算磁场强度所利用的最小二乘法表达式。

4.根据权利要求3所述的一种基于近场定位的磁信道估计方法，其特征在于，所述步骤(3)中，互感与磁场强度之间的关系为：

式中：V_IND为发送线圈上的电流在接收线圈上产生的感应电压，μ₀为空气的磁导率，N_TX为发送线圈的匝数，N_RX为接收线圈的匝数，A_RX为接收线圈的面积，A_RX ＝πb²，b是接收线圈的半径，I_T为发送线圈上的电流，H_INT为磁场强度；根据上式和得到磁场强度与互感之间的关系为：

5.根据权利要求1所述的一种基于近场定位的磁信道估计方法，其特征在于，所述步骤(3)中发送线圈与接收线圈间的磁场强度与接收线圈的位置的关系为：

式中：a为发送线圈的半径，Δ、D分别为接收线圈相对于发送线圈的横向位移与纵向位移，m为模量，且0≤m≤1，K、E分别为第一、第二类完全椭圆积分且均与m有关。