[发明专利]一种基于近场定位的磁信道估计方法

说明书

本发明公开了一种基于近场定位的磁信道估计方法，包括如下步骤：本发明中有M个发送线圈和1个接收线圈，选择3个发送线圈，给这3个发送线圈加载带有固定频率的交流信号，依次观测这3个发送线圈上的电流和电压值，利用最小二乘法估计每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；利用估计的位置算出其他发送线圈与接收线圈间的互感；从而调节发送线圈上电压或电流的幅度与相位，最终使得能量以高效率传输至接收线圈。本发明使系统在满足发送端能量约束的前提下，最大化接收端的接收功率。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种基于近场定位的磁信道估计方法。

背景技术

随着社会进步与科技发展,我们的日常生活愈发依赖于众多个人移动设备，例如手机，平板电脑和可穿戴设备。尽管每一种设备都可以使生活变得更加方便，但是我们必须记住每天都要给这些设备充电，这是一个经常性且日益重要的负担。如果可以对这些设备进行无线充电，这样就能够减轻这种日常焦虑，也会大大减少对各种充电器的的数量。无线充电技术的主要优势在于它的便捷性和通用性，通过采用无线充电技术，公共移动设备充电站将有可能成为现实。缺点在于无线充电的效率相对于有线充电来说有些偏低，但是，移动设备对低功耗的追求为无线充电技术提供了广阔前景。

现有的无线能量传输技术根据其物理机理可以分为三类：电感耦合，磁共振耦合和电磁辐射。前两类主要利用了电磁的近场非辐射特性。由于磁感效应随距离增加快速减弱，基于电感耦合的无线能量传输通常只能达到厘米级的充电距离。磁共振耦合可以实现米级的能量传输，但对线圈间的距离和对齐角度有严格要求。在采用磁波束成形的无线能量传输电路中，发送端需要先估计磁信道(由线圈间的互感系数决定)，然后再根据信道调整发送线圈上的电流值。发送端的信道估计精度将直接影响接收端的能量接收效率。在多发送线圈的能量传输电路中，现有的两种磁信道估计方法包括1)逐一闭合发送线圈(同时断开其他发送线圈)，根据发送线圈上的观测电压和电流值估计互感系数；2)接收端将感应电流值通过通信链路反馈给发送端，发送端根据KVL方程计算互感系数。

现有的估计方法中，方法(1)需要对所有发送线圈的电压和电流进行观测，计算量较大；方法(2)需要建立通信反馈电路，受用面较窄。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于近场定位的磁信道估计方法，先利用在部分发送线圈上的电压和感应电流估计出接收线圈的位置，再根据接收线圈的位置以及其他发送线圈与接收线圈的相对位移，估计出该接收线圈和其他发送线圈之间的互感系数，计算量较小且不需要建立反馈链路。

本发明采用的技术方案为一种基于近场定位的磁信道估计方法，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，并假设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，估计每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)估计的位置以及其他发送线圈与接收线圈的相对位移，算出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。

进一步的，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。