15、UAV 辅助无线传感器网络与物联网的能量采集技术解析

UAV 辅助无线传感器网络与物联网的能量采集技术解析

1. 磁共振耦合技术

无人机（UAV）的高效悬停需要无阻碍的能量供应以维持飞行和电力传输。传统电池供电的无人机能量容量有限，大电池会增加负载，小电池则需频繁更换或充电。因此，磁共振耦合（MRC）技术应运而生。

MRC 技术在近场范围内为无人机供电十分有效。它由两个线圈组成，一个放置在地面（可静止或移动），另一个安装在无人机上，分别称为发射线圈和接收线圈。

有研究提出一种感应共振耦合系统为无人机悬停供电。该模型给出了使功率传输最大化的线圈方向和几何形状，并能感知无人机相对于地面发射线圈的相对位置，无人机可据此调整以实现最大功率传输，进而提高悬停时间。

还有研究提出 MRC - WPT 网络以实现无人机的不间断工作。地面发射线圈采用扁平螺旋线圈（FSC），无人机上的接收线圈采用多匝线圈（MTC）。研究观察了不同距离范围内线圈对齐和未对齐设置的情况。在线圈对齐设置下，功率传输提高到 20.46W，效率达 85.25%；未对齐设置下，功率传输提高到 17.1W，效率为 71%。此外，还观察到无人机电池续航时间延长至 851 分钟，节能 96.9%，悬停时间得到改善。

2. 关联对能量采集的影响

用户关联问题旨在找到传感器节点（SN）/物联网设备（IoTD）与无人机之间的最佳配对。简单的关联选择标准是将 SN/IoTD 与具有最佳信道的无人机关联，但这种方法无法满足整个网络的需求，特别是对于移动的无人机和可飞行及悬停的无人机，其信道是变化的。

在多无人机场景下，该问题扩展为设计一种关联方案，在无人机的整个运行时间内，将节点与一组无人机中最合适的无人机进行