本發(fā)明涉及無線能量傳輸，具體涉及微波無線傳能整流天線陣列匯流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、無線能量傳輸通過電場、磁場以及電磁波等實現(xiàn)空間點對多點間的能量無線傳遞。目前已研究出三種無線能量傳輸方式：電波輻射式，感應(yīng)耦合式，磁共振式。其中感應(yīng)耦合式效率高功率低，多用于家用電子產(chǎn)品無線充電，但無法用于遠(yuǎn)距離能量傳輸；磁共振式工作頻率與效率較低，器件較大，工作條件受限；電波輻射式將直流電轉(zhuǎn)換為微波或激光，利用空間進(jìn)行能量傳遞，激光波束窄，要求控制精度高，安全系數(shù)低，微波能量技術(shù)傳輸相對成熟，在無法架設(shè)電力線纜的區(qū)域有著良好的應(yīng)用前景，且該技術(shù)被研發(fā)以來，設(shè)想應(yīng)用于空間太陽能電站，臨近空間飛行等，具有很大的商業(yè)潛力。

2、微波無線傳能系統(tǒng)由微波發(fā)射系統(tǒng)和接收整流系統(tǒng)兩部分組成，其中微波發(fā)射系統(tǒng)包括直流電源、微波源和發(fā)射天線，用于將直流電能轉(zhuǎn)為所需頻率、相位、幅值的微波信號并將其輻射到自由空間。接收整流系統(tǒng)包括接收天線和整流電路，用于收集自由空間中的射頻能量并將其轉(zhuǎn)換為直流能量，其中接收天線與整流電路合稱為整流天線。在進(jìn)行高功率遠(yuǎn)距離微波無線傳能時，需采用大規(guī)模的整流天線陣列，此時的整流天線陣列對應(yīng)功率會呈現(xiàn)顯著的不均勻性，進(jìn)行衛(wèi)星和航天器的微波無線傳能時，可折展整流天線陣列的可折展特性使其在發(fā)射時可以折疊成更小的體積，節(jié)省空間和重量，便于在軌道上展開以提供更大的接收面積和更高的能量轉(zhuǎn)化效率。當(dāng)前的功率合成方法有射頻合成和直流合成，過多路射頻合成會導(dǎo)致功率過強(qiáng)，增大整流電路的設(shè)計難度；在進(jìn)行直流合成時功率差異較大的整流單元串并聯(lián)后會導(dǎo)致較大的連接損耗。

3、對于大型整流天線陣列的功率合成，現(xiàn)有方案一“非均勻功率分布的微波整流天線陣列功率合成優(yōu)化方法”(專利申請?zhí)朿n202310617837.x)中，采取先分組射頻合成以均勻化整流電路輸入功率，再優(yōu)化整流天線陣列的串并連接關(guān)系進(jìn)行多路匯流，優(yōu)化串并連接用于將陣列輸出端口等效電阻與負(fù)載匹配，但方法一是基于直流能量匯流前能量輸入分布均勻的前提執(zhí)行的，而在實際應(yīng)用場景下，即使經(jīng)過射頻合成處理，也無法較好保證整流電路輸入功率的均勻性，導(dǎo)致微波整流天線陣列直流功率合成損耗較大。現(xiàn)有方案二“非均勻功率分布的整流天線陣列直流功率合成方法及系統(tǒng)”(專利申請?zhí)朿n202110043913.1)中公開了，根據(jù)設(shè)計整流電路最佳功率范圍劃分匯流區(qū)域，以從低功率區(qū)域與相鄰高功率區(qū)域的直流電壓相差最小設(shè)計陣列串并連接關(guān)系，使陣列功率分布不均衡時整流天線有較高的整流效率，但方法二是基于整體區(qū)域的總匯流進(jìn)行優(yōu)化，而進(jìn)行總體優(yōu)化會導(dǎo)致各子區(qū)域無法工作在自身的最優(yōu)輸出，進(jìn)而導(dǎo)致整體區(qū)域的直流功率合成存在損耗；此外方法二使用負(fù)載電阻串計算等效輸出，該方式在不同功率整流天線串并連接時會產(chǎn)生對彼此工作狀態(tài)的相互影響，導(dǎo)致整體等效計算存在差異。

4、因此，現(xiàn)有的微波無線傳能整流天線陣列匯流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，存在直流功率合成損耗較大以及等效計算不準(zhǔn)確的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種微波無線傳能整流天線陣列匯流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法及設(shè)備。

2、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種微波無線傳能整流天線陣列匯流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，包括：

4、根據(jù)微波無線傳能整流天線陣列的物理信息，將微波無線傳能整流天線陣列劃分為多個子匯流區(qū)域；

5、對多個子匯流區(qū)域按照預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)行排序，得到多個第一子匯流區(qū)域；多個第一子匯流區(qū)域為帶有單元序號的子匯流區(qū)域；

6、基于預(yù)設(shè)加權(quán)樹對多個第一子匯流區(qū)域中的匯流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編碼處理，得到多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)；

7、對多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)設(shè)等效計算，得到多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)的輸出特性；預(yù)設(shè)等效計算為基于伏安特性曲線的等效計算；

8、基于遺傳算法對多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)的輸出特性進(jìn)行優(yōu)化選擇，得到最優(yōu)輸出特性，將最優(yōu)輸出特性對應(yīng)的第二子匯流網(wǎng)絡(luò)作為最終匯流網(wǎng)絡(luò)；

9、根據(jù)最終匯流網(wǎng)絡(luò)的輸出特性以及預(yù)設(shè)于多個子匯流區(qū)域的mppt變換器，進(jìn)行最大功率點追蹤，并將mppt變換器的最大功率點追蹤的結(jié)果進(jìn)行并聯(lián)組合，得到整體能量匯流結(jié)果。

10、可選地，物理信息包括：可折展區(qū)域、預(yù)設(shè)物理位置閾值以及微波無線傳能整流天線的整流電路類型；

11、根據(jù)微波無線傳能整流天線陣列的物理信息，將微波無線傳能整流天線陣列劃分為多個子匯流區(qū)域，包括：

12、將處于同一可折展區(qū)域、處于預(yù)設(shè)物理位置閾值且基于同一整流電路類型的微波無線傳能整流天線陣列，劃分到同一子匯流區(qū)域，形成多個子匯流區(qū)域。

13、可選地，基于預(yù)設(shè)加權(quán)樹對多個第一子匯流區(qū)域中的匯流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編碼處理，得到多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)，包括：

14、s201、隨機(jī)生成2n-3個歸一化數(shù)據(jù)；n表示當(dāng)前第一子匯流區(qū)域?qū)?yīng)的陣列單元數(shù)量；

15、s202、將歸一化數(shù)據(jù)中的前n-2個歸一化數(shù)據(jù)作為prüfer序列，將剩余的歸一化數(shù)據(jù)作為權(quán)重信息；

16、s203、對prüfer序列和權(quán)重信息進(jìn)行反歸一化處理，得到反歸一化prüfer序列和反歸一化權(quán)重信息；

17、s204、基于反歸一化prüfer序列生成樹結(jié)構(gòu)，結(jié)合反歸一化權(quán)重信息，共同構(gòu)建得到加權(quán)樹，將加權(quán)樹作為當(dāng)前第二子匯流網(wǎng)絡(luò)；

18、s205、對除當(dāng)前第一子匯流區(qū)域之外的第一子匯流區(qū)域執(zhí)行s201-s204，并基于執(zhí)行的結(jié)果以及當(dāng)前第二子匯流網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)。

19、可選地，對多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)設(shè)等效計算，得到多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)的輸出特性，包括：

20、針對第二子匯流網(wǎng)絡(luò)中陣列單元對應(yīng)的整流電路，根據(jù)電路仿真軟件ads進(jìn)行負(fù)載掃描，得到第一參數(shù)；第一參數(shù)為當(dāng)前第二子匯流網(wǎng)絡(luò)中陣列單元對應(yīng)的整流電路的參數(shù)；

21、將第一參數(shù)按照陣列單元內(nèi)部的整流電路的串并關(guān)系，進(jìn)行參數(shù)整合處理，得到第二參數(shù)；第二參數(shù)為當(dāng)前第二子匯流網(wǎng)絡(luò)中陣列單元的參數(shù)；

22、在每個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)中，按照權(quán)重信息的絕對值大小確定對應(yīng)陣列單元的等效計算順序，基于等效計算順序、權(quán)重信息的正負(fù)以及第二參數(shù)進(jìn)行逐步等效計算，得到多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)的輸出特性。

23、可選地，在每個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)中，按照權(quán)重信息的絕對值大小確定對應(yīng)陣列單元的等效計算順序，基于等效計算順序、權(quán)重信息的正負(fù)以及第二參數(shù)進(jìn)行逐步等效計算，得到多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)的輸出特性，包括：

24、s301、在每個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)中，按照權(quán)重信息的絕對值大小確定對應(yīng)陣列單元的等效計算順序；

25、s302、按照等效計算順序以及權(quán)重信息的正負(fù)，確定當(dāng)前參與計算的陣列單元對以及陣列單元對的串并關(guān)系；

26、s303、基于陣列單元對、串并關(guān)系以及第二參數(shù)，進(jìn)行逐步等效計算，得到多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)的輸出特性。

27、可選地，s303具體包括：

28、s3031、將陣列單元對中第二參數(shù)數(shù)值較小的陣列單元，作為第一陣列單元；將第二參數(shù)數(shù)值較大的陣列單元，作為第二陣列單元；

29、s3032、當(dāng)串并關(guān)系為串聯(lián)連接時，對第一陣列單元中第二參數(shù)的數(shù)據(jù)趨勢進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)測，得到基點數(shù)據(jù)；

30、s3033、基于第二陣列單元的第二參數(shù)對基點數(shù)據(jù)進(jìn)行插值補(bǔ)全，將插值補(bǔ)全的結(jié)果按照串聯(lián)電路的原理進(jìn)行疊加，得到陣列單元對的輸出特性；

31、s3034、當(dāng)串并關(guān)系為并聯(lián)連接時，基于第二陣列單元的第二參數(shù)對第一陣列單元的第二參數(shù)進(jìn)行插值補(bǔ)全，基于插值補(bǔ)全的結(jié)果按照并聯(lián)電路的原理，疊加得到陣列單元對的輸出特性；其中，當(dāng)?shù)谝魂嚵袉卧牡诙?shù)達(dá)到開路電壓時，將第二陣列單元的第二參數(shù)作為陣列單元對的輸出特性；

32、s3035、對多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)中的所有陣列單元對執(zhí)行s3031-s3034，并將執(zhí)行的結(jié)果構(gòu)成多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)的輸出特性。

33、可選地，第二參數(shù)包括：開路電壓、短路電流、工作電壓數(shù)組、工作電流數(shù)組、限制電壓、限制電流以及整流效率。

34、可選地，mppt變換器基于boost電路和擾動觀察法得到。

35、第二方面，本發(fā)明提供了一種微波無線傳能整流天線陣列匯流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化裝置，包括：陣列劃分單元、排序單元、編碼單元、等效計算單元、優(yōu)化選擇單元以及能量匯流單元；

36、陣列劃分單元用于：根據(jù)微波無線傳能整流天線陣列的物理信息，將微波無線傳能整流天線陣列劃分為多個子匯流區(qū)域；

37、排序單元用于：對多個子匯流區(qū)域按照預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)行排序，得到多個第一子匯流區(qū)域；多個第一子匯流區(qū)域為帶有單元序號的子匯流區(qū)域；

38、編碼單元用于：基于預(yù)設(shè)加權(quán)樹對多個第一子匯流區(qū)域中的匯流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編碼處理，得到多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)；

39、等效計算單元用于：對多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)設(shè)等效計算，得到多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)的輸出特性；

40、優(yōu)化選擇單元用于：基于遺傳算法對多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)的輸出特性進(jìn)行優(yōu)化選擇，得到最優(yōu)輸出特性，將最優(yōu)輸出特性對應(yīng)的第二子匯流網(wǎng)絡(luò)作為最終匯流網(wǎng)絡(luò)；

41、能量匯流單元用于：根據(jù)最終匯流網(wǎng)絡(luò)的輸出特性以及預(yù)設(shè)于多個子匯流區(qū)域的mppt變換器，進(jìn)行最大功率點追蹤，并將mppt變換器的最大功率點追蹤的結(jié)果進(jìn)行并聯(lián)組合，得到整體能量匯流結(jié)果。

42、第三方面，本發(fā)明提供一種微波無線傳能整流天線陣列匯流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)備，包括：處理器、存儲介質(zhì)和總線，存儲介質(zhì)存儲有處理器可執(zhí)行的機(jī)器可讀指令，當(dāng)微波無線傳能整流天線陣列匯流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行時，處理器與存儲介質(zhì)之間通過總線通信，處理器執(zhí)行機(jī)器可讀指令，以執(zhí)行如上述第一方面微波無線傳能整流天線陣列匯流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法的步驟。

43、本發(fā)明提供了一種微波無線傳能整流天線陣列匯流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法及設(shè)備。其中，微波無線傳能整流天線陣列匯流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，包括：根據(jù)微波無線傳能整流天線陣列的物理信息，將微波無線傳能整流天線陣列劃分為多個子匯流區(qū)域；對多個子匯流區(qū)域按照預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)行排序，得到多個第一子匯流區(qū)域；多個第一子匯流區(qū)域為帶有單元序號的子匯流區(qū)域；基于預(yù)設(shè)加權(quán)樹對多個第一子匯流區(qū)域中的匯流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編碼處理，得到多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)；對多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)設(shè)等效計算，得到多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)的輸出特性；預(yù)設(shè)等效計算為基于伏安特性曲線的等效計算；基于遺傳算法對多個第二子匯流網(wǎng)絡(luò)的輸出特性進(jìn)行優(yōu)化選擇，得到最優(yōu)輸出特性，將最優(yōu)輸出特性對應(yīng)的第二子匯流網(wǎng)絡(luò)作為最終匯流網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)最終匯流網(wǎng)絡(luò)的輸出特性以及預(yù)設(shè)于多個子匯流區(qū)域的mppt變換器，進(jìn)行最大功率點追蹤，并將mppt變換器的最大功率點追蹤的結(jié)果進(jìn)行并聯(lián)組合，得到整體能量匯流結(jié)果。在本發(fā)明中，通過將微波無線傳能整流天線陣列進(jìn)行子匯流區(qū)域劃分，并根據(jù)子匯流區(qū)域劃分的結(jié)果進(jìn)行基于預(yù)設(shè)加權(quán)樹的編碼處理，使編碼結(jié)果契合遺傳算法的變量輸入形式，進(jìn)而利用遺傳算法的搜索與優(yōu)化能力，自動地生成微波無線傳能整流天線陣列單元間的最優(yōu)匯流網(wǎng)絡(luò)；此外通過在陣列輸出后級配置連接mppt變換器進(jìn)行最大功率點追蹤，確保了每個子匯流區(qū)域的微波無線傳能整流天線陣列均以最高功率輸出，相比于現(xiàn)有基于整體區(qū)域的總匯流進(jìn)行優(yōu)化的方式，本發(fā)明采用的基于各個子匯流區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化，并根據(jù)每個子匯流區(qū)域的優(yōu)化結(jié)果獲取整體能量匯流結(jié)果的方式，提高了微波無線傳能整流天線陣列匯流網(wǎng)絡(luò)的直流功率合成的效率，其次由于采用的預(yù)設(shè)等效計算為基于伏安特性曲線的等效計算，使得等效計算時，更細(xì)致地表示了不同功率的微波無線傳能整流天線的相互連接對彼此工作狀態(tài)的影響，提高了等效計算的準(zhǔn)確性。

44、以下將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。