用于无线功率输送的方法和系统与流程
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年6月6日提交的美国临时申请序列号62/515,962和于2017年6月7日提交的美国临时申请序列号62/516,572的利益，其中每个临时申请通过这个引用被全部并入。
本发明大体上涉及无线功率输送领域，并且更特别地涉及在无线功率输送领域中的新的且有用的方法和系统。
背景
典型的无线功率输送系统将自身限制到波束成形配置，这可能不提供高性能结果。因此，在无线功率输送领域中存在对创建用于无线功率输送的新的且有用的方法和系统的需要。
附图简述
图1a是系统的第一实施例的示意性表示。
图1b-1c分别是系统的发射器和接收器的例子的示意性表示。
图1d是系统的第二实施例的示意性表示。
图2a-2b是方法的和方法的一个元素的例子的示意性表示。
图3是目标函数和目标函数的修改版本的例子的表示。
图4a是天线的例子的透视图。
图4b是天线的例子的交叉谐振器的平面图。
图4c是开口环谐振器的例子的透视图。
图5a-5d是电子-电感-电容谐振器的特定例子的平面图。
优选实施例的描述
本发明的优选实施例的下面的描述并不意欲将本发明限制于这些优选实施例，但更确切地使本领域中的任何技术人员能够制造并且使用本发明。
1.概要。
用于无线功率输送的系统可以包括一个或更多个发射器和接收器(例如，如图1a-1d所示)。用于无线功率输送的方法可以包括确定发射器-接收器接近度s100、确定发射参数值s200以及基于发射参数值来发射功率s300(例如，如图2a所示)。然而，系统和方法可以另外或可选地包括任何其他合适的元件。该方法优选地使用上面讨论的系统来执行，但是可以此外或可选地使用任何其他合适的系统来执行。
使用典型的方法和系统来确定用于高效无线功率输送的功率输送设置可能是困难的和/或费时的。候选功率发射设置的评估可能是缓慢的过程(例如，需要1-100ms或更多)。此外，功率发射设置通常涉及大量参数，且因此搜索空间可能非常大，有效地阻止了它的完全探索。此外，系统的元件和周围的元件可以频繁地移动，潜在地使先前的解决方案无效并且需要新的搜索。考虑到这些问题，发明人已经发现，快速确定的解决方案(例如，导致在极限或最佳结果的阈值范围内的功率输送的解决方案)可以优于仅在长时间搜索之后找到的全局最佳解决方案。
2.益处。
该方法可以显著减少确定可接受和/或所希望的功率发射设置所需的时间。首先，该方法可以包括执行局部搜索或随机全局搜索，其通常可以在比确定性全局搜索少得多的时间内找到足够的解决方案。这个搜索时间减少常常产生非常优越的能量发射结果(例如，在具有改变的元件定向的系统中)。
其次，例如由于对根据设置来配置发射器、(例如，在接收器处)测量使用设置功率发射的结果和/或在不同实体之间传递结果(例如，将结果从接收器传输到发射器)的需要，功率发射设置的评估(例如，在局部和/或全局搜索期间)可能是耗时的。为了减少这种时间消耗，该方法可以可选地包括估计和/或缓存评估和/或相关联的信息，从而允许所估计的和/或所缓存的值的快速查找来代替完全评估。
第三，采用功率发射优化技术(例如，实时优化技术，诸如基于与参数相关联的测量结果的对发射参数的优化)可以实现在接收器和/或发射器天线中的超增益行为的激励和/或维持，而不管在环境和/或系统配置中的潜在变化。此外，用于功率发射的纯音(和/或实质上纯音)信号的使用可以使这种超增益天线的使用变得可行，尽管有通常与这种天线相关联的窄带宽(例如，部分阻抗带宽)(例如，由在这种天线中和/或周围通常生成的高能渐逝场产生)。超增益天线可以展示比典型天线高得多的增益，从而实现例如增加的功率发射速率和/或减小的接收器和/或发射器尺寸。然而，方法和系统可以此外或可选地给予任何其他合适的益处。
3.系统。
系统的发射器可以包括优选地定义可控(例如，自适应)天线阵列(例如，线性阵列、平面阵列、3-d阵列等)；相控阵列、电子可控阵列等)的一个或更多个天线(例如，被配置为发射电磁辐射，诸如rf和/或微波功率)。
天线阵列优选地包括多个有源天线(例如，被配置为由馈电线(feeds)主动驱动的天线)，更优选地独立可控的有源天线(例如，其中每个有源天线可以独立于系统的所有其他有源天线而单独地被控制；其中有源天线组可以被一起控制，其中每组是独立于所有其他组可控制的；等等。)。在第一变形中，每个有源天线被驱动时的振幅和/或相位可以被独立地控制(例如，通过对于每个有源天线的单独的iq调制器或移相器)。在第二变形中，有源天线被分成一个或更多个天线组，其中一个组的天线被一起控制(例如，通过对于每个组的单个iq调制器或移相器)。例如，一个组的天线可以相对于彼此具有固定的相位偏移(例如，零偏移，例如其中该组的所有天线具有与彼此相同的相位；非零偏移；等等)(例如，其中固定的相位偏移由在iq调制器或移相器与每个天线之间的迹线长度的差异定义)。然而，可以此外或可选地以任何其他合适的方式来配置有源天线。
天线阵列可以此外或可选地包括一个或更多个无源天线(例如，被配置成电气地和/或谐振地耦合到一个或更多个有源天线，从而改变天线阵列发射特性)。在一个例子中，系统被配置成控制(例如，经由开关，例如软件控制的开关；经由具有可变电气性质的元件，诸如可变电容器；等等)一个或更多个无源天线到一个或更多个电气部件(例如，无源部件，例如电阻器、电容器和/或电感器；天线，例如一个或更多个有源天线和/或其他无源天线；等等)的电耦合(例如，连接、谐振耦合等)和/或去耦。在第一例子中，多个无源天线可以彼此电连接和/或断开(例如，通过可操作来电连接两个或更多个这样的天线的开关)。在第二例子中，可变电容器(例如变抗器)和/或其他可变(例如连续可变)元件电耦合(例如电连接)到一个或更多个无源天线，实现无源天线的加载和/或它们到阵列中的其他天线(例如其他无源天线、有源天线等)和/或它们的馈电线(例如，其中改变耦合到天线的一个或更多个可变元件的性质可以起作用来控制阵列的网图样(netpattern))的耦合的控制。在该第二例子的特定例子中，自适应天线阵列包括单个有源天线和多个无源天线，其中一个或更多个无源天线电耦合到一个或更多个可变部件。然而，发射器可以此外或可选地包括任何其他合适的元件。
系统的接收器可以包括一个或更多个天线(例如，被配置为接收由发射器发射的电磁辐射)。接收器可以可选地包括和/或电耦合到一个或更多个客户端设备(例如，电池和/或包含电池的设备，诸如智能电话和/或其他电气和/或电子用户设备)(例如，被配置成向一个或更多个客户端设备输送电功率)。接收器可以可选地包括一个或更多个缓冲能量存储器(例如，电池)，例如电耦合在天线和客户端设备之间(例如，在天线和被配置为连接到客户端设备的电输出之间)的电池，其可以用作在天线(其可以提供在不均匀的速率下和/或具有不均匀的特性的功率)和客户端设备(其可能需要和/或受益于在实质上恒定的速率下和/或具有实质上恒定的特性的功率提供，其可以暂时与接收器分离等)之间的缓冲器。
在一些实施例中，发射器和/或接收器的一些或所有天线(例如，有源天线、无源天线等)包括谐振器的一个或更多个紧密耦合的阵列(例如，如图4a所示)，但可以此外或可选地包括松耦合(loosely-coupled)的阵列、稀疏阵列、单个谐振器和/或任何其他合适的天线元件。谐振器可以包括谐振回路、交叉谐振器(例如，如图4b所示)、开口环谐振器(例如，如图4c所示)、电子-电感-电容谐振器(例如，如图5a-5d所示)、其他物理上小的谐振器(例如，相对于它们的谐振波长是小的)和/或任何其他合适的谐振器。然而，可以以其他方式配置谐振器。
天线可以可选地包括以不同定向布置的多个阵列(和/或其他谐振器布置)，其可以起作用来有效地耦合到不同极化(例如正交极化)的辐射。在第一实施例中，天线包括平行谐振器层(例如，平行谐振器阵列)，每个层具有不同的平面内谐振器定向(例如，正交定向、以斜角定向等)。在第二实施例中，天线包括在非平行平面(例如，正交平面、以斜角定向的平面等)上的谐振器。然而，天线可以此外或可选地包括任何其他合适的谐振器和/或其他天线元件，并且可以具有任何其他合适的布置。天线可以是超材料或者具有任何其他合适的配置。
发射器和/或接收器的天线(例如，有源天线、无源天线等)可以可选地包括一个或更多个超增益天线、超增益阵列、超增益天线的阵列和/或能够或和/或被配置成展示超增益行为的任何其他合适的结构(例如，如在特此通过这个引用被全部并入的harrington,r.f.(1960)的“effectofantennasizeongain,bandwidth,andefficiency”(j.res.nat.bur.stand64d(1),1-12)中描述的超增益天线)。超增益结构可以相对于它们的物理尺寸展示非常高的增益。例如，这种结构可以展示被定义为
在第一变形中，这种结构可以包括定义包括亚波长特征(例如，定义小于谐振器被配置为有效地谐振时的辐射的波长的特性尺寸的特征)的几何形状的一个或更多个谐振器，例如交叉谐振器(例如，如图4b所示)、开口环谐振器(例如，如图4c所示)和/或电子-电感-电容谐振器(例如，如图5a-5d所示)。在第二变形中，这种结构可以包括离散孔径(例如，超材料单位单元的阵列，例如交叉谐振器、开口环谐振器和/或电子-电感-电容谐振器；图4a所示的例子)，其中孔径的离散元件被控制(例如，独立地、分开地等)成例如近似在孔径上的连续分布。在第三变形中，这种结构可以包括被布置成实现和/或增强超增益行为的经典天线元件(例如，贴片天线、偶极天线等)的阵列(例如，如在特此通过这个引用被全部并入的m.t.
发射器和接收器可以此外或可选地被配置成发射和/或接收以任何其他合适的形式(例如，声波、光学等)的能量，和/或执行任何其他合适的任务。在一个实施例中，所有或一些发射器可以另外用作接收器和/或所有或一些的接收器可以另外用作发射器。例如，该系统可以包括多个等效设备，每个等效设备可以向其他设备中的每一个无线地发射功率和从其他设备中的每一个接收功率。
发射器和接收器优选地各自包括无线通信模块，但可以此外或可选地包括有线通信模块或任何其他合适的通信模块，或者可以省略通信模块。无线通信模块优选地支持一种或更多种无线通信协议(例如wifi、蓝牙、ble、nfc、rf、ir、zigbee、z波等)(例如，使用一种或更多种无线通信协议来实现通信)。然而，发射器和接收器可以另外或可选地包括任何其他合适的元件。
发射器和接收器优选地具有相对于彼此的任意和/或动态布置。在一个例子中，该系统包括多个接收器和具有固定位置的发射器，每个接收器随着时间的推移经历在位置和定向中的许多变化(例如，相对于发射器、彼此等)。该系统可以可选地布置在一个设置中，其中其他附近的物体(例如，对无线功率发射的障碍)也可以相对于该系统的元件具有任意和/或动态布置。然而，系统可定义任何其他合适的布置。
4.方法。
4.1确定发射器-接收器接近度。
确定发射器-接收器接近度s100可以起作用来指示对于无线功率输送(例如，从发射器到接收器)的机会。例如，s100可以包括确定一个或更多个接收器在发射器的发射范围内(例如，实现有效的功率发射、相当大的功率发射、任何可测量的功率发射等的范围)。优选地使用无线通信(例如，使用发射器和接收器的无线通信模块)来确定发射器-接收器接近度。例如，一个设备可以基于在它们之间无线通信的建立、无线通信信号强度(例如，rssi)、经由无线连接传递的信息和/或任何其他合适的指示来确定另一个设备在附近。
确定发射器-接收器接近度s100可以此外或可选地包括光学识别(例如，在由发射器的摄像机捕获的图像中检测附近接收器)、接收用户输入(例如，按钮按压)、检测无线功率输送的变化和/或任何其他合适的元件。例如，向第一接收器无线地发射功率的发射器可以基于输送到第一接收器的功率的降低来检测第二接收器的到达。
s100可以此外或可选地包括确定关于接收器和/或发射器的信息。该信息可以包括设备类型(例如，型号、序列号等)、功率需要(例如，电池充电状态、电流功率消耗等)、在附近的可能的(例如，典型的、计划的、预测的等)停留时间、在附近时的可能的位置稳定性(例如，在桌子上静止、在用户衣服口袋中移动等)、设备位置(例如，基于三边测量/三角测量、光学识别、视线接近度传感器、设备imu读数、设备gps读数等)和/或任何其他合适的信息。然而，s100可以另外或可选地包括任何其他合适的元件。
4.2确定发射参数值。
确定发射参数值s200可以起作用来搜索可以实现高效功率发射(例如，从发射器到接收器)的发射参数值。发射参数值优选地响应于确定发射器-接收器接近度s100而被确定s200，但可以此外或可选地在任何其他合适的时间被执行。发射参数可以包括：发射相位(例如，相对于参考相位，例如参考天线的发射相位)和/或一个或更多个天线的发射振幅、波束成形参数(例如波束定向(例如，描述波束定向的角度，诸如方位角和极角))、超增益激励参数(诸如超增益接收器类型、位置和/或定向)、无源天线参数(例如，耦合到一个或更多个天线的电阻、电容和/或电感(例如，电气部件耦合参数))和/或任何其他合适的参数。在第一例子中，发射参数包括对于一个或更多个有源天线和/或天线组(例如，硬件定义的组、软件定义的组等)的发射相位和/或振幅，优选地对于(例如，天线阵列，例如相控天线阵列或其他自适应天线阵的)发射器或多个发射器的每个有源天线。在第二例子中，发射参数包括与由天线定义的一个或更多个波束成形网络(例如，rotman透镜、butler矩阵等)(例如，其中一个或更多个天线组(例如软件定义的天线组)中的每个天线定义单独的波束形成网络)相关联的波束成形参数。在第三例子中，发射参数包括由发射器和/或接收器的天线定义的与一个或更多个超增益结构(例如，天线、阵列等)相关联的超增益激励参数(例如，其中一个或更多个天线组(例如硬件和/或软件定义的天线组)中的每个天线定义单独的超增益结构)。然而，发射参数可以此外或可选地包括任何其他合适的参数。
确定发射参数值s200可以可选地包括确定一个或更多个天线组(例如，软件定义的天线组)，其可以用于减小发射参数空间(例如，由发射参数定义的空间，其不同于由在空间区域(例如房间)内的对象位置和/或定向定义的物理空间)的维度。例如，不是独立地控制与每个有源天线相关联的参数(例如，发射相位和/或振幅)，发射参数空间的维度可以被减小到与每个天线组相关联的参数(例如，发射相位和/或振幅、波束成形参数、超增益激励参数等)。在第一实施例中，组是预定义的(例如，基于发射器的性质；基于在发射器附近的固定元件的性质，例如对于安装在固定位置上的发射器器；等等)。在第二实施例中，例如基于统计分析和/或机器学习技术(例如，使用如下所述确定的数据，诸如与在系统的一个或更多个接收器处接收的无线功率相关联的数据)来动态地确定组。例如，主成分分析和/或聚类技术(例如，k均值聚类、x均值聚类、谱聚类等)可以被用来确定天线组(例如，其中高度相关的天线和/或天线参数被分组在一起，其中集群的天线被分组在一起，等等)。然而，可以此外或可选地以任何其他合适的方式确定天线组，或者没有天线组被确定。
确定发射参数值s200优选地包括执行一个或更多个最优搜索(例如，如下面关于局部和全局最优搜索所述)。用于最优搜索的目标函数优选地基于被输送到接收器的功率和/或能量，但可以此外或可选地基于任何其他合适的变量。例如，目标函数可以等于可以可选地例如通过发射器功率被归一化的接收到的功率(例如，以及从而等于功率发射效率)。可以在接收器天线处、在客户端设备(和/或被配置为向客户端设备输送功率的功率输出端)处、在缓冲能量存储器处和/或在接收器的任何其他合适部分处(例如，在天线和缓冲能量存储器之间；在缓冲能量存储器和客户端设备或功率输出端之间；例如在没有缓冲能量存储器的实施例中在天线和客户端设备或功率输出端之间；等等)确定(例如，测量)接收到的功率。在接收器包括一个或更多个动态阻抗匹配(例如，被配置为优化来自接收器天线的功率耦合)的一个例子中，接收器连续地优化动态阻抗匹配，并且发送表示在动态阻抗匹配附近(例如，在动态阻抗匹配的输出端处)测量的优化功率大小的数据，例如在标题为“systemforwirelesspowerreception”的美国申请62/515,962和/或标题为“systemandmethodforwirelesspowerreception”的美国申请16/001,628中描述的，其中的每一个申请都特此通过这个引用被全部引入(例如，如关于动态阻抗匹配所述的，例如关于调谐网络、功率测量模块和/或控制网络所述)。此外或可选地，可以在接收器外部(例如，在除了接收器之外的系统元件处)测量接收到的功率。
在发射器向多个接收器(例如，第一接收器、第二接收器、第三接收器、第四接收器等)发射的实施例中，目标函数优选地是在每个接收器处接收的功率的多变量函数(并且可以可选地是例如用于在多目标优化中使用的向量值函数)。在一个实施例中，对于一组n个接收器的目标函数等于：
其中，fi是与接收器i相关联的目标函数值，fi*是fi的最佳的(例如，所观察的、所估计的等)值(例如，在fi对于其被优化的发射参数之下的fi的值)，wi是与接收器i相关联的权重，以及pi是与接收器i相关联的罚函数。对于不同的接收器，权重和/或罚函数可以是相等的和/或不同的。在第一例子中，通过将相关联的权重和/或惩罚函数设置为零来忽略(或部分地忽略)与一个或更多个接收器相关联的性能。在第二例子中，与一个或更多个接收器相关联的性能只有在它们的相关联的目标函数保持在理想值的阈值距离ti(例如，fi*的分数量，例如1％、2％、5％、10％、15％、20％、25％、50％、75％、90％、95％、0-5％、5-15％、15-45％、45-75％、75-95％、95-100％等)内时才被忽略，其中相关联的权重被设置为等于零，并且相关联的罚函数对于小于ti的自变量(arguments)为零，以及对于大于或等于ti的自变量是无穷大。在第三例子中，目标函数可以是在每个接收器处接收到的功率的和或平均值(例如，对于所有i，wi＝1或wi＝1/n且pi＝0)。
在另外的例子中，目标函数可以通过功率输送到每个接收器的期望分布(例如，均匀分布、超过对于每个接收器的最小阈值、pareto前沿分布等)被优化，可以基于接收器信息(例如，电池充电状态、预期功率需要等)被确定，和/或可以基于任何其他合适的标准来被确定。搜索可以寻求最大化或最小化目标函数。每次搜索(和/或搜索的迭代)可以使用相同的目标函数或不同的目标函数。
可以可选地基于接收器优先级来确定目标函数(例如，对于多接收器系统)。接收器优先级可以包括接收器优先级分数、排名、分类(例如，高、中、低、忽略等)和/或任何其他合适的优先级次序。接收器优先级可以用于例如确定目标函数的权重和/或罚函数(例如，其中较高优先级接收器对应于比较低优先级接收器更高的权重)。可以基于下列项来确定优先级次序：预期接收器停留时间(例如，其中非常短的时间对应于“低”或“忽略”优先级，短的时间对应于“中等”优先级，中间时间对应于“高”优先级，而长的时间(例如远远超过实质上完全给接收器的电池充电所需时间的时间)对应于“低”或“中间”优先级，等等)、给接收器电池充电所需的预期时间(例如，其中较长的预期充电时间对应于较高的优先级次序)、接收器电池状态(例如，其中非常低的电池状态，例如由电池供电的电子设备可能很快断电、停止起作用和/或进入待机模式时的状态对应于较高的优先级次序)、用户偏好和/或任何其他合适的信息。
确定发射参数值s200可以包括确定初始参数值s210、评估候选发射参数值s220、执行局部最优搜索s230和/或执行全局最优搜索s240(例如，如图2b所示)。然而，s200可以另外地或可选地包括任何其他合适的元件。4.2.1确定初始参数值。
确定初始参数值s210可起作用来为最优搜索提供初始猜测和/或起始点。
在第一实施例中，初始参数值可以是预定的和/或固定的(例如，硬编码的)。例如，初始参数值可以对应于波束状图样(例如，在窄锥体(例如具有5°孔径的锥体)内、围绕波束(例如垂直于天线阵列引导的波束)、平行于天线阵列的边缘等引导的大部分无线电功率)、多波束图样(例如，在不同方向上传播的几个波束状图样)、宽图样(例如，在宽角度分布上(例如在具有90°孔径的锥体上)散布的相当大的无线电功率)、全向图样(例如，在具有实质上圆柱形对称性的图样中的辐射功率(诸如在垂直于轴(例如阵列法线轴)的所有方位角方向上辐射实质上相等的功率))、超增益激励图样(例如，被配置为激励在接收器和/或发射器的一个或更多个超增益结构中的超增益行为，例如基于已知和/或假设的超增益结构类型、位置和/或定向的预先计算的图样；例如在特此通过这个引用被全部并入的m.t.
在第二实施例中，初始参数值可以基于历史数据来被确定(例如，可以等于在该方法的先前执行中确定的发射参数值)。历史数据可以包括与发射器、接收器和/或任何其他发射器、接收器或其他设备相关联的数据。初始参数值可以此外或可选地包括随机选择的值(例如，修改基于历史数据确定的值)。在该实施例的第一例子中，初始参数值被设置为等于由系统确定的最近优化的发射参数值。在第二例子中，初始参数值被设置为等于由快速搜索确定(例如，由局部优化搜索确定，其中全局搜索被确定为不必要的)的最近优化的发射参数值。在第三例子中，初始参数值被设置为等于对应于波束状辐射图的最近优化的传输参数值。在第四例子中，初始参数值被设置为等于与类似布置相关联(例如，基于接收器位置和/或定向，例如由imu确定)的优化发射参数值。在第五例子中，使用机器学习技术(例如，聚类算法、函数估计、多层神经网络等)基于历史数据来确定初始参数值，例如以预测使用图样。然而，初始参数值可以基于任何其他合适的历史数据来被确定，和/或可以以任何其他合适的方式来被确定(例如，随机地确定)。
4.2.2评估候选发射参数值。
评估候选发射参数值s220可以起作用来确定与候选发射参数值相关联的目标函数值。评估候选值s220可以包括基于候选值进行发射s221、测量发射的结果s222和/或基于测量来评估目标函数s223。s220可以此外或可选地包括评估目标函数值(例如，基于历史数据，通过评估代理函数等)。评估候选发射参数值s220可以周期性地被执行，在评估触发事件出现(例如，检测在功率发射区域内的物体移动)时和/或在任何其他合适的时间被执行。
发射s221优选地包括控制发射器天线阵列(例如，自适应天线阵列，例如相控天线阵列)的一个或更多个天线。优选地，阵列的每个天线被独立地控制，但一些或所有天线可以可选地联合地被控制、成组地被控制(例如，诸如上面所述的硬件定义的组和/或软件定义的组等)、以任何其他合适的方式被控制和/或可以不被控制。所测试的天线参数值(例如，参数值集)可以是初始参数值、预定的(例如，预定的一组变量组合)、历史值、迭代地确定的(例如，如下所述，例如关于s230和/或s240)和/或以其他方式确定的。例如，可以控制每个受控天线以在指定的相位和/或振幅下进行发射(例如，基于参数值，诸如在等于相应的相位参数值的相位和/或等于相应的振幅参数值的振幅的情况下)。然而，可以改变和/或测试任何其他合适的天线控制参数。
发射s222的测量结果优选地包括测量由一个或更多个接收器接收的功率和/或能量。s222可以此外或可选地包括测量反射和/或反向散射功率(例如，在发射器处、在额外的传感器处等)和/或测量发射的任何其他合适的结果。s222可以可选地包括(例如向协调设备，诸如发射器)传递测量结果和/或基于测量结果导出的和/或以其他方式与测量结果相关联的任何合适的信息(例如，指示测量结果(诸如指示由接收器接收的功率的量)的一个或更多个数据集)。在一个实施例中，每个接收器测量它接收的功率，并将测量的结果(和/或基于测量确定的信息，例如目标函数值等)传递到发射器。接收器可以响应于来自发射器的请求(例如，在执行s221之前、期间和/或响应于执行s221而由发射器发送)以规则的间隔和/或以任何其他合适的定时连续地执行测量和/或发射测量结果。
可以在协调设备处、在测量设备处和/或在任何其他合适的设备处评估s223目标函数。在第一例子中(例如，其中只有一个接收器在发射器的范围内)，目标函数是单变量函数(例如，等于接收到的功率或功率发射效率)。在第二例子(例如，包括到多个接收器的功率发射)中，目标函数是多变量函数(例如，如上所述或以其他方式所述)。然而，s223可以包括评估任何合适的目标函数。
评估候选值s220优选地包括缓存所评估的参数值和相应的目标函数值(例如，由参数值编索引)，并且可以此外或可选地包括缓存(例如，由参数值编索引)中间值(例如，测量值，例如功率发射和/或接收值；对于多接收器系统，一个或更多个单独接收器目标函数值，诸如由接收器接收的功率；等等)。值优选地由发射器缓存(例如，响应于从一个或更多个接收器接收到信息，响应于值的计算等)，但可以此外或可选地由一个或更多个接收器和/或任何其他合适的实体缓存。s220使用相同参数值的未来迭代优选地包括从缓存检索相应的目标函数值(例如，而不是执行例如上面所述的s221、s222和/或s223，这可能需要1-100ms或更长时间)。因此，缓存可以显著减少评估候选值s220所需的时间。
在包括到多个接收器的功率发射的一个例子中，在s220期间，单独接收器目标函数值(例如，由每个单独接收器接收的功率)(例如，连同总目标函数值和/或与参数值相关联的任何其他合适的信息一起或代替总目标函数值和/或与参数值相关联的任何其他合适的信息)被缓存。在该例子中，该方法包括停止和/或修改到第一组的一个或更多个(但不是全部)接收器的功率发射和/或第一组的一个或更多个(但不是全部)接收器的优先级次序(例如，响应于确定接收器不再在发射范围内，到接收器的功率输送例如由于接收器的移动和/或障碍物而降低，接收器充电状态大于阈值，另一接收器应该优先于该接收器，等等)。作为响应，该方法可以包括优选地依赖于与不在第一组中的一个或更多个接收器(例如，状态没有显著改变的接收器)相关联的缓存值来确定修改后的发射参数值集(例如，不针对输送到第一组接收器而优化，针对第一组接收器的改变的接收状态而优化，等等)。在该例子中，与第一组接收器相关联的缓存值(例如，因为值不对应于系统的当前物理状态，且因此对于确定有效发射参数可能不是有用的)可以可选地被忽略、丢弃和/或以其他方式操纵，但可以可选地以任何其他合适的方式被保存和/或使用。在特定例子中，确定用于向三个接收器输送功率的优化发射参数，并且缓存在搜索优化发射参数期间确定的单独接收器目标函数值。响应于第一接收器从发射器的有效充电范围移动出，优选地(部分或全部地)基于与第二和第三接收器目标函数相关联的缓存值来确定用于向第二和第三接收器输送功率的新发射参数。
然而，s220可以此外或可选地包括以任何合适的定时执行的任何其他合适的元素。
候选值优选地在最优搜索期间被评估s220(例如，如下所述，例如关于s230和/或s240)。然而，它们可以此外或可选地在任何其他合适的时间被评估s220。
4.2.3执行局部最优搜索。
执行局部最优搜索s230可以起作用来快速确定潜在参数值(例如，局部优化的参数值集，诸如在初始参数值集附近的最佳参数值集)。例如，如果在初始发射参数值周围的搜索空间是凸/准凸的并且该凸/准凸区域包含令人满意的目标函数值(例如，全局最优值、高于最小阈值或低于最大阈值的值、在极限阈值(例如全局最优值或理论极限)内的值等)，则局部最优搜索可能就足够了。如果局部最优搜索是足够的(例如，找到令人满意的目标函数值)，则该方法可以比如果全局最优搜索被使用快得多地被执行。
局部最优搜索(例如，最大值搜索、最小值搜索)可以采用任何合适的局部搜索算法(例如，基于梯度的算法，例如梯度下降、共轭梯度下降等；无梯度算法，例如nelder-mead、自适应网格等)和/或任何其他合适的算法。执行局部最优搜索s230优选地包括重复地评估候选发射参数值s220(例如，针对由搜索探索的每组候选发射参数值进行评估s220)。然而，s230可以此外或可选地包括任何其他合适的元素，并且可以以任何合适的方式被执行。
优选地，局部搜索响应于确定初始参数值s210(例如，以初始参数值开始搜索)而被执行，并且可以此外或可选地在全局最优搜索期间(例如，如下面关于s240所述的)和/或在任何其他合适的时间被执行。
4.2.4执行全局最优搜索。
执行全局最优搜索s240可以潜在地起作用来确定优等发射参数值(例如，优化的参数值集)。优选地，全局搜索响应于初始局部搜索的完成(例如，以由局部搜索找到的最佳参数值开始搜索)而被执行s240，但可以此外或可选地响应于确定初始参数值s210(例如，以初始参数值开始搜索)和/或在任何其他合适的时间被执行。
仅当全局搜索可能是有益的时，全局搜索才优选地被执行s240。例如，如果局部搜索的结果很差(例如，所找到的最大目标函数值小于阈值目标函数值)，如果全局搜索被预期优于局部搜索产生显著的改进(例如，基于在局部搜索期间确定的目标函数值的图样)，如果接收器被预期在延长的时间段内保持在范围内(例如，足够长以证明在全局搜索执行期间的充电效率的降低是合理的)和/或基于任何其他合适的标准，则可以执行全局搜索。然而，全局搜索可以此外或可选地在任何其他合适的情况下被执行(例如，可以在所有情况下被执行)。
全局最优搜索(例如，最大值搜索、最小值搜索)优选地采用随机搜索方法(例如，粒子群优化、模拟退火、进化算法如遗传算法、模因算法、动态松弛、蚁群优化、有随机重新开始的爬山、随机隧道、禁忌搜索、反应搜索优化等)。特别是对于在这种方法中常常遇到的大搜索空间，随机搜索方法通常可以比确定性方法收敛得快得多。在包括到多个接收器的并行功率发射的实施例中，全局最优搜索可以采用多目标搜索方法(例如，pareto模拟退火(psa)、多目标模拟退火(mosa)、多目标遗传局部搜索(mogls)、修改后的多目标遗传局部搜索(mmogls)、非支配排序遗传算法(nsga)、强度pareto进化算法(spea)等。然而，全局搜索可以此外或可选地采用确定性搜索方法和/或任何其他合适的算法。
全局搜索的初始条件(例如，对于粒子群优化的初始粒子位置)可以被预先确定(例如，硬编码)、随机地确定、基于先前确定的发射参数值(例如，等于先前确定的发射参数值、随机分布在先前确定的发射参数值附近等)(例如，先前的最优值、最近的局部最优搜索的结果等)可以如上所述被确定(例如，关于s210)和/或可以以任何其他合适的方式被确定。全局搜索可以在预定量的迭代或消逝的搜索时间(例如，固定量、基于诸如预期接收器停留时间的因素而确定的量)之后、在找到令人满意的目标函数值之后(例如，如上所述，例如关于局部搜索)和/或在任何其他合适的时间终止。
在一个实施例中，使用粒子群优化(pso)来执行全局最优搜索s240。pso可以包括：确定粒子的群体，每个粒子与在搜索空间中的位置(一组候选发射参数值)和位置被改变的速度(例如，对于所有粒子最初都是相等的，例如基于搜索空间边界的零或最大值；对于每个粒子随机地确定；等等)相关联；以及然后对于群体中的每个粒子重复地(例如，在每个时间步长处)进行：评估s220与粒子相关联的值，基于速度更新函数来更新每个粒子的速度，以及基于更新的速度来更新粒子位置。在时间步长t处用于确定vt+1的粒子i的速度更新函数优选地取决于当前粒子速度vt,i和位置xt,i、粒子已经访问的最佳位置pi(例如，对应于目标函数f的最高或最低值的位置)以及群体的任何粒子已经访问的最佳位置g，更优选地倾向于朝着pi和g驱动粒子。例如，速度更新函数可以是：
pso算法优选地(例如，在更新函数中)包括一个或更多个惯性权重，其可以起作用来提高搜索分辨率。惯性权重优选地浑沌地被确定(例如，对于在0和1之间的迭代相关惯性权重w，后续惯性权重wt+1可以通过混沌关系基于当前惯性权重wt例如基于等式wt+1＝wt(1-wt)来被确定)，但可以此外或可选地是恒定的、随机的、s形增加的、s形减小的、线性减小的、振荡的、全局-局部最佳的(例如，对于粒子相关惯性权重w，对于粒子i的惯性权重wi基于等式
执行全局最优搜索s240优选地包括重复地评估候选发射参数值s220(例如，为由搜索探索的每组候选发射参数值进行评估s220)。执行全局搜索s240可以可选地包括修改目标函数和/或近似目标函数值(例如，以简化评估和/或加速全局搜索收敛)。
在一个实施例中，原始目标函数f被盆地化以生成修改后的目标函数g，其中目标函数值由它们所位于的盆地的最小值代替(或者类似地，对于待最大化的目标函数，它们所位于的山丘的最大值)，如图3所示。在该实施例中，在点x处(例如，在一组候选发射参数值处)评估修改后的目标函数可以包括使用原始目标函数(例如，如上关于s230所述的)执行在该点处开始的局部最优搜索，其中在该点处的修改后的目标函数的值等于在局部最小值x’处的原始目标函数的值：g(x)＝f(x′)。
第二实施例包括确定目标函数的局部近似(例如，原始目标函数f被近似以生成修改后的目标函数g，其中目标函数值由近似值代替)。例如，在特定点附近的目标函数值(例如，一组候选发射参数值)可以使用一种或更多种局部近似方法(例如线性回归、二次近似、径向基函数插值、薄板样条插值和/或任何其他合适的近似方法)来被近似。在特定例子中，目标函数值(和/或它相对于一个或更多个参数的导数)在特定点附近的额外位置处(在发射参数空间中)被确定，并且这些值用于确定目标函数的局部近似(例如，在所测试的额外位置的区域内被内插，在该区域之外被外插，等等)(例如，其中局部近似可以被视为已知的目标函数值，其中局部近似通知最优搜索的后续迭代，等等)。
这些实施例优选地包括修改后的目标函数值(和/或原始目标函数值)和与它们相关联的点(例如，在局部最优搜索和/或局部近似确定期间评估的点、在这些点周围的区域、盆地或山丘的边界或已知范围等)的缓存。在随后的迭代中，可以检索缓存的值，这可以减小通过功率发射和测量来评估点的需要。目标函数可以此外或可选地以任何其他合适的方式被修改和/或近似(或者可以保持不变)。然而，s240可以此外或可选地包括任何其他合适的元素，并且可以以任何合适的方式被执行。
4.3基于发射参数值来发射功率。
基于发射参数值来发射功率s300可以用于向接收器无线地输送功率。优选地，功率响应于确定发射参数值s200而被发射s300，但可以此外或可选地在任何其他合适的时间被执行。优选地，功率在发射器的范围内的接收器的整个停留时间内被发射s300，但可以此外或可选地根据时间表、基于接收器操作参数(例如，充电状态)和/或以任何其他合适的定时来间歇地被发射。功率优选地作为一个或更多个纯音(或实质上纯音，例如定义小于阈值带宽的带宽)信号(例如，这在采用一个或更多个超增益结构和/或其他窄带宽天线的实施例中可能是有益的)被发射，但可以此外或可选地以任何其他合适的形式被发射(例如，在采用更宽带宽天线的实施例中，在通信信号连同功率一起被发射的实施例中，等等)。在第一特定例子中，辐射具有ghz规模的频率(例如，5-10ghz、诸如5.8ghz和/或大于5.8ghz)。在第二特定例子中，辐射具有mhz规模的频率(例如，100-500mhz、诸如433mhz和/或小于433mhz)。然而，功率可以另外或可选地以任何其他合适的形式被接收。
发射参数值确定s200(例如，局部搜索s230、全局搜索s240等)可以可选地在功率输送s300期间重复(例如，其中功率发射在参数值确定期间被暂时停止)。s200的重复执行优选地使用最近确定的发射参数值作为初始值，但可以此外或可选地使用任何其他合适的值(例如，如在s200的初始执行期间所做的，使用其他先前确定的值等)。s200可以响应于检测到所输送的功率的变化(例如，大于绝对或相对阈值)、检测到移动(例如，基于接收器和/或发射器测量，例如imu测量)、检测到在系统s100附近的额外接收器和/或发射器、接收到用户输入而重复，可以周期性地(例如，在预定速率下；在例如基于系统的所观察和/或预期的时间和/或空间稳定性和/或它的性能而确定的动态地确定的速率下，优选地，其中较低的稳定性对应于较快的速率；等等)、偶尔、随机地重复，和/或可以在任何其他合适的时间重复。然而，功率可以以任何其他合适的方式被发射s300，并且该方法可以此外或可选地包括以任何其他合适的方式执行的任何其他合适的元件。
可选实施例优选地在存储计算机可读指令的计算机可读介质中实现上述方法中的一些或全部。优选地，指令由计算机可执行部件执行，计算机可执行部件优选地与通信路由系统集成。通信路由系统可以包括通信系统、路由系统和定价系统。计算机可读介质可存储在任何合适的计算机可读介质(例如ram、rom、闪存、eeprom、光学设备(cd或dvd)、硬盘驱动器、软盘驱动器或任何合适的设备)上。计算机可执行部件优选地是处理器，但是指令可以可选地或此外由任何合适的专用硬件设备执行。
尽管为了简明起见而被省略，但系统和/或方法的实施例可以包括各种系统部件和各种方法过程的每个组合和置换，其中本文描述的方法和/或过程的一个或更多个实例可以通过和/或使用本文描述的系统、元件和/或实体的一个或更多个实例异步地(例如顺序地)、并发地(例如并行地)或以任何其他合适的顺序来执行。
附图示出了根据优选实施例、示例配置及其变形的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这方面，在流程图或框图中的每个块可以代表模块、段、步骤或代码的部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或更多个可执行指令。还应当注意，在一些可选的实现中，在块中提到的功能可以以在附图中提到的顺序以外的顺序出现。例如，连续地显示的两个块事实上可以实质上同时被执行，或者块有时可以以相反的顺序被执行，取决于所涉及的功能。还应当注意，框图和/或流程图图示的每个块以及在框图和/或流程图图示中的块的组合可以由执行指定功能或行动的专用的基于硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合实现。
如本领域中的技术人员从先前的详细描述及从附图和权利要求将认识到的，可以对本发明的优选实施例做出修改和变化而不偏离在所附的权利要求中限定的本发明的范围。
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