磁耦合谐振式无线电能与信号同步传输技术

为解决谐振式无线电能传输系统中存在信号传递问题,提出一种基于载波的数字信号传递方法。通过耦合模理论对系统建模,对电能与信号同步传输特性和效率进行分析。使用可调稳压电路对发射端电压调幅调制,拾取端借助耦合机构对能量进行收集,并利用电压比较电路对信号复原。结果表明:在不更改谐振式无线电能传输系统拓扑结构的条件下实现携能通信,组建实验平台验证本文方法的有效性。     

激光音频传输系统的研究设计

本文设计的激光音频传输系统,是一种点对点、架设方便快捷的通信设备,利用红外不可见激光光束直接在空气中传输各种高清晰、高保真音频信号,是一种新型通信系统。该系统主要包括无线音频发射装置和无线音频接收装置,故该系统结构简单、体积小、具有很强的方便性和隐蔽性,并可在高强度的电磁环境中稳定工作而不受任何通讯方式的干扰。     

强抗偏移轻量化无人机无线传能耦合机构研究

无线电能传输技术在无人机领域应用中，无人机降落时由于定位精度以及停靠时的控制精度存在误差，会导致停靠位置不准确而产生偏移，由于无人机本身体型较小，耦合机构的尺寸也会较小，此时存在的偏移会导致耦合机构的耦合程度降低，进而导致无线电能传输系统工作效率降低，影响系统正常工作。为提高系统的抗偏移特性，需要对无人机无线充电系统的耦合机构进行合理的设计及优化。笔者通过结合无人机结构特性，在用线量一致的约束条件下分析对比不同耦合机构的耦合特性，设计适用于无人机的最佳耦合机构；对耦合机构参数进行以M/l为优化目标的轻量化优化；最后通过仿真和实验验证了该耦合机构优化方法的可行性。     

动态无线充电系统功率波动抑制技术研究

设计了一种新型的双通道动态无线充电系统耦合机构,以解决动态无线充电系统在分段式发射导轨切换处的功率跌落问题。通过LCC-LCC型补偿拓扑,设计了两路能量传输通道,利用LCC-LCC补偿拓扑的恒流特性,推导了系统输出以及损耗与两通道耦合参数之间的关系,实现了较为稳定的功率传输,提升了系统的抗偏移特性以及抗跌落能力。最后对所提方法进行了仿真和实验,验证了双通道动态无线电能传输方案的可行性。     

强干扰环境下通信传输信号多路同步采集系统设计

随着多路同步采集技术在各领域的广泛应用,能够快速完成对多路信号的同步采集,成为信号采集技术重点研究的课题。目前,在强干扰环境下,传统信号采集系统存在着多路信号采集不同步、灵敏度低、抗干扰能力差的缺点,为了提高通信传输信号的采集性能,设计了强干扰环境下通信传输信号多路同步采集系统。首先,设计了强干扰环境下通信传输信号多路同步采集系统硬件结构;并详细介绍了主要的硬件的设计过程。其次,进行了通信传输信号多路同步采集系统软件设计,对软件开发及编程进行设计并分析。经实验验证,所设计系统在强干扰环境下,信号采集灵敏度较高,对多路信号采集同步性好;并具有很强的抗干扰能力。     

大功率磁耦合谐振式无线电能传输系统实验研究

阐述了磁耦合谐振式无线电能传输系统的系统结构、工作原理及其线圈选型。磁耦合谐振式系统具有传输距离比感应耦合式长、传输效率也相对较高等特点,可以实现对电动汽车的大功率、长距离、高效率无线充电,故在电动汽车领域具有良好的应用前景和研究价值。充分发挥电动汽车分布广泛、清洁环保等优点;并通过实验详细测试了所搭建磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输特性,从而验证了磁耦合谐振式无线电能传输系统的正确性和有效性。     

混凝土介质中无线电能传输系统的效率分析及优化

运用无线电能传输技术将室外能量收集系统的能量无线传输到室内能量消耗系统可以减少对建筑物结构的破坏,能够实现绿色建筑与光伏发电技术的有机融合。但是,作为电介质的混凝土材料会对发射线圈与接收线圈间的互感产生影响,使得输入阻抗发生改变并最终导致系统传输效率的下降。以电路理论为基础,分析了混凝土介质对无线电能传输系统传输效率的影响,并且提出了基于阻抗匹配网络实现系统最优传输效率的优化策略。仿真结果表明,随着轴向距离的增加,混凝土介质对无线电能传输系统传输效率的抑制作用逐渐减小,同时由于阻抗匹配网络的加入,系统的传输性能得到明显的改善。最后通过实验验证理论的正确性,实现了针对混凝土介质中无线电能传输系统效率的优化,减少了理论研究与工程应用之间的差距。     

无人机无线能量传输网络多波束阵列设计与位置部署

针对无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)辅助的无线能量传输(wireless power transfer, WPT)系统，构建了一种能量波束设计以及无人机悬停位置部署的联合优化方案，以最大化所有用户接收的总能量。针对优化问题是非凸、难以直接求解的情况，提出一种联合优化多波束设计和无人机三维位置的迭代算法，利用巴特勒矩阵设计高增益、宽覆盖范围的能量多波束，利用穷举算法寻找无人机最优二维位置，通过单调性理论得到无人机的最佳悬停高度。仿真结果表明，所提出的算法能显著提升无线能量传输效率。     

基于风光互补发电无线电能传输系统的研究与设计*

风光互补发电系统作为一种绿色能源可独立对外部供电,无线电能传输(Wireless Power Transfer)技术又提供了一种方便快捷的能量传输方式,本文结合两者的优点,将风光互补发电系统的输出作为WPT谐振电路的输入端,利用无线电能传输技术对负载供电,利用了绿色能源的同时又能节约电力运输成本。分析了磁耦合感应与磁耦合谐振之间的联系以及平面线圈频率分裂的相关因素,针对目前小型平面谐振无线充电设备随发射端和接收端距离的变化而产生传输波动的问题,在发射端采用XKT-408集成电路进行自动频率锁定,在发生频率分裂时调整线圈偏移角度可削弱两线圈的互感系数来抑制频率分裂现象,提高了接收线圈峰值电压。最后搭建了小光互补无线能量传输系统,在径向距离50mm处可成功对负载充电,该模型为基于风光互补发电无线充电系统的应用提供了参考。     

异构需求下无人机无线携能传输优化策略

物联网设备电池容量有限且充电不便，无人机无线携能传输技术很好地解决了这个问题，可以实现能量和数据的同时传输。根据节点设备的异构能量需求，提出了基于全网满意度最大化的无人机位置和功率联合优化策略。将无人机与地面节点关联系数的优化问题建模成联盟形成博弈问题，通过设计合作准则，证明了其存在纳什均衡点。基于最大化满意度准则，探索无人机最佳悬停位置。在确定关联系数、无人机位置后，采用凸优化方法求解无人机与节点之间的发射功率。仿真结果表明，所提联合优化策略能够较大幅度地提升全网满意度。     

基于协作频谱感知的多无人机通信网络谱效优化研究

针对无人机应用场景频谱效率较低的问题,提出一种结合认知无线电技术的多无人机通信网络谱效优化方案.首先基于协作频谱感知,建立空地信道下多机协作的认知无人机网络模型,设置无人机（unmanned air vehicle,UAV）数量、感知时间和判决门限等优化参数,在此基础上提出高谱效联合优化算法对构建的非凸优化问题求解,最后分析无人机飞行过程中谱效的变化情况.仿真结果表明,存在最优感知时间使系统谱效获得最大值,且UAV数量和判决门限等因素会影响该谱效最优值;提出的高谱效联合优化算法具有较好的收敛性,有效提高了UAV次级认知网络的频谱效率.      

肠道机器人无线电能传输装置的研制

无线供能技术的突破促进了医疗、军事、航空航天、便携式通信设备等领域的发展.本文通过运用电磁感应原理,设计了基于ICPT无线供能技术的肠道机器人无线电能传输装置.通过智能感应终端与充电线圈的耦合,自动校准线圈位置,提高了无线电能传输的效率,最终实现了对肠道机器人的高效无线充电.由于可以对肠道机器人进行无线充电,肠道机器人自身携带电池容量可减小到原来的三分之一,肠道机器人体积相应缩小,减小了由于机器人体积过大对肠道造成的损伤,增加了安全性,此充电方法可以保证肠道机器人作业电能需求.本文还证明了运用电磁感应原理无线传能的可行性、列举了此方法在其它领域的典型应用.     

对运动船舶的多无人机协同查证路径规划方法

为解决无人机对运动船舶进行查证面临的最优路径生成问题,设计了一种面向运动目标的多无人机路径规划方法,通过模拟退火算法对查证路径进行优化,确定完成查证任务所需的最少无人机数量、查证序列和运动路径。结果表明：该方法能够生成满足时间约束的多无人机协同运动船舶查证路径,可为海事监管领域开展无人机路径规划应用及优化资源配置提供技术支撑。     

无人机联合D2D应急通信网络的性能分析

无人机与D2D(Device-to-Device)通信技术相结合可以作为应急通信网络的可行选项之一。受限于频谱资源,无人机与D2D用户往往采用共享频谱技术,这会导致网络中干扰链路增多,影响网络的通信性能。为此,将无人机配备定向天线以降低干扰的影响。为量化分析其对网络的具体影响,利用随机几何理论,对D2D通信与无人机通信共存的网络进行系统建模,推导了D2D用户成功传输概率的精确表达式以及无人机通信用户成功传输概率的上下界理论表达式,讨论了无人机密度以及天线阵子数等关键参数对系统性能的影响。仿真结果表明,相比全向天线,无人机配备定向天线可以有效地提高网络性能,且存在一个最优的无人机密度,使无人机通信用户的成功传输概率最大化。     

一种多无人机协同定位与稠密地图构建算法

针对VINS-Mono(monoculor visual-inertial state)算法定位精度较低且构建的稀疏点云地图包含的信息较少无法用于无人机的自主导航的问题,提出了一种集中式多无人机协同定位与稠密地图构建算法。该算法通过提高回环闭合中特征点匹配准确度以优化多无人机之间的定位精度,为了建立多个无人机之间的连接约束,使用四种不同类型的坐标系进行坐标转换优化,采用双向检测匹配法对关键帧进行特征点匹配,结合PROSAC(progressive sampling consensus)算法剔除误匹配,通过对有回环闭合约束的多无人机的位姿与全局地图进行全局位姿图优化,结合Voxblox构建了可供五架无人机协同导航的全局稠密地图。在EuRoc数据集的五个序列中,提出的多无人机协同定位与稠密地图构建算法与VINS-MONO算法相比,绝对轨迹误差分别降低了34%、26%、42%、24%、19%。实验证明,改进算法有效提高了多无人机之间的定位精度,并且构建的全局一致稠密地图包含距离信息与梯度信息,可以用于多无人机的自主导航。     

卫星舱内无线组网传输技术研究

卫星舱内无线组网通信具有多径干扰严重及电磁环境复杂等特点,本文设计了一个应用于星内的分布式Adhoc无线通信网络系统,重点阐述了无线节点组网、抗多径干扰及单机节点设计,对设计的星内无线通信系统的抗干扰和中继传输性能进行了仿真研究和测试验证。试验结果表明,所设计的无线通信网络能够满足星内多径环境下分布多跳式的组网传输需求,为航天器舱内无缆化信号传输奠定基础。     

MEMS-Based Low-Cost Flight Control System for Small UAVs

Small unmanned air vehicles （UAVs） can be used for various kinds of surveillance and data collection missions. The UAV flight control system is the key to a successful mission. This paper describes a low-cost micro-electro mechanical system-based flight control system for small UAVs. The integrated hardware flight control system weighs only 24 g. The system includes a highly-integrated wireless transmission link, which is lighter than traditional links. The flight control provides altitude hold control and global positioning system navigation based on gain scheduling proportional-integral-derivative control. Flight tests to survey the grass quality of a large lawn show that the small UAV can fly autonomously according to a series of pre-arranged waypoints with a controlled altitude while the wireless video system transmits images of the surveillance target to a ground control station.     

Optimal Design for Wireless Power Transfer System with Relay Resonators

The optimization method by adjusting load and distances between two adjacent coils( or resonators) is presented on basis of wireless power transfer( WPT) system with relay resonators. 2-port network and impedance matching theory are applied to analyzing power flow of incidence and reflection in WPT system,then setting up power flow model. The maximum power transmission efficiency can be obtained when the load and distance between secondary resonator and output coil meets impedance matching at 2-port network's output port. The simulation and experimental results shown the impedance matching method can effectively improve and maintain transmission efficiency by adjusting load and distances between coils or relay resonators.     

Applications of Serial-Parallel Compensated Resonant Topology in Wireless Charger System Used in Electric Vehicles

There are lots of factors that can influence the wireless charging efficiency in practice, such as misalignment and air-gap difference, which can also change all the charging parameters. To figure out the relationship between those facts and system, this paper presents a serial-parallel compensated(SPC) topology for electric vehicle/plug-in hybrid electric vehicle(EV/PHEV) wireless charger and provides all the parameters changing with corresponding curves. An ANSYS model is built to extract the coupling coefficient of coils. When the system is works at constant output power, the scan frequency process can be applied to wireless power transfer(WPT) and get the resonant frequency. In this way, it could determine the best frequency for system to achieve zero voltage switching status and force the system to hit the maximum transmission efficiency. Then frequency tracking control(FTC) is used to obtain the highest system efficiency. In the paper, the designed system is rated at 500 W with 15 cm air-gap, the overall efficiency is 92%. At the end, the paper also gives the consideration on how to improve the system efficiency.