CN101604397A - 无源超高频rfid室内定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无源超高频RFID室内定位系统，它包括：读写器、天线、电子标签及控制终端；所述控制终端通过读写器向空间中不同位置的天线发送不同的射频功率信号，改变不同位置天线的射频工作区域，判定电子标签标示的标识物所在的具体位置；通过读写器和天线互相配合形成特定的电子标签工作区域，工作区域随输出功率的增加而变大，读写器向空间分离的各个天线发送不同的射频功率，进行电子标签工作区域的动态扫略，通过集合判定确定电子标签标示物的具体位置，实现本发明的目的。

Description

无源超高频RFID室内定位系统

技术领域

本发明涉及一种室内定位系统，特别涉及一种低成本低读写器密度的无源超高频RFID室内定位系统。

背景技术

室内实时定位系统可以按分辨精度分为精定位系统和粗定位系统，精定位系统根据信号强度或时间测量等方式，显示目标物的物理位置距参考点的矢量位移；粗定位系统通过定位节点的通讯范围和自身位置来判断目标物的所处区域，在小型、低功耗、低造价系统中常采用粗定位系统。

现代信息社会对通过一定科技手段对标识物或人实施实时定位提出迫切需求，在物流领域通过物品实时定位有利于提高管理水平、保持高效运转；在公共安全领域应用实时定位技术，有利于维护社会秩序，防范和打击违规违法行为。目前已获得较为广泛使用的全球卫星定位系统(Global Position System，GPS)拓展了人们宏观运动范围内进行绝对定位的能力，孕育了很多应用，如车载定位系统和内置式手机定位系统已走入了百姓生活。但因为视线效应和信号衰减，全球卫星定位系统在室内定位环境中遇到障碍，新型的室内定位技术在物流仓储管理、生产过程管理、特种人群服务和消防定位等方面有广阔的应用市场，构建低成本实时定位系统成为比较迫切的任务。

近年，人们发展了多种技术方法克服GPS室内定位的困难，这些方法在处理时间、定位精确度和系统成本上表现各异，主要有如下：使用红外线技术的Active Badge室内定位系统；使用超声波延时信息的Active bat室内定位系统；使用超声波延时信息邻近判断综合定位技术的Cricket室内定位系统；使WLAN技术的RADAR室内定位系统；使用有源标签射频识别技术的SpotON室内定位系统。

在室内环境中对标识物进行实时定位可以分为以下三个步骤：(一)感知外部信号和标识物，获得特征信息；(二)通过定位模型和定位算法在数据库中找出与特征信息对应的位置信息；(三)通过数据通讯接口，发送标识物的定位信息满足应用软件的查询需求。上述识别定位过程需要考虑多类因素，如优化取值、分割和归类等，因此需设立假设并进行证实，设立和证实进程是有启发性的，不具有普遍性，同时实时标识物识别的进程十分复杂。典型的物体识别系统的识别能力是有限的，也只能应用于特定环境。

射频识别以非接触射频通讯方式实现物体识别，其基本功能也是最出色的能力是识别物体，同时射频识别的标签信号强弱和读写器天线和标签天线的辐射方式、两者间的相对位置与方向有着密切的联系，射频识别可以在不需要额外的传感器的情况下识别物体，同时判定物体所处位置。

射频识别定位技术(Radio Frequency Identification，RFID)具有低成本构建室内定位系统的能力，同时具有系统构建不复杂、灵活性强、便于扩展、实用性能优越的特点，在室内定位应用环境中有很强的竞争力，获得业界广泛关注，成为当前研究热点。

射频识别技术应用于室内定位还面临一些实际问题，因为它们均隐含了可以识读工作区域内所有标签的假设，但是一些标签可能会因会因为安装位置不同无法被读出，同时不在读写器工作区域的不应该被识别的电子标签也有可能被读写器读到；读写器接受的标签信号强度也会有一定波动，射频信号在室内复杂环境下射频信号遇到墙壁、地面和邻近物体时会产生反射、散射和衍射，造成多径传输效应明显，这样对原有标签信号会产生两种可能作用，增强标签信号或减弱标签信号，这依靠于多径传输的各组成信号的相位差异。

因此，提出符合我国频率资源的涉密资产RFID实时定位系统软硬件产品实现方案，满足在既定区域内对RFID标签实施实时、高精度的定位系统就具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无源超高频RFID室内定位系统，克服GPS室内定位的困难，满足在既定区域内对RFID标签实施实时、高精度的定位。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种无源超高频RFID室内定位系统，其特征在于，它包括

读写器，用于根据电子标签的信号确定电子标签的位置；

天线，由读写器控制天线的输入功率并发射问讯信号和接受电子标签的响应信号；

电子标签，设置在标识物上并向读写器发送标识物的身份信息和内置数据信息；及

控制终端，用于接收读写器收到的电子标签的位置信号判定电子标签所在的位置；

所述控制终端通过读写器向空间中不同位置的天线发送不同的射频功率信号，改变不同位置天线的射频工作区域，判定电子标签标示的标识物所在的具体位置。

在本发明的一个实施例中，所述读写器之间互相联动，实现各自输出的端口射频功率的调整，以适应大范围室内定位的环境。

在本发明的一个实施例中，所述无源超高频RFID室内定位系统中还包括参考电子标签，所述参考电子标签的位置信息为已知的，存储在所述控制终端中，所述读写器通过判断所述参考电子标签与所述电子标签的信号强弱，得出所述电子标签的位置信息。

进一步，所述读写器按照逻辑关系和优化算法得出与所述电子标签最邻近的所述参考电子标签的位置，得出所述电子标签的位置信息。

进一步，所述参考电子标签与所述电子标签之间建立误差联动，通过多组所述参考电子标签与所述电子标签形成多组距离对比数据，来提高所述电子标签位置信息的分辨率，获得较为准确的所述电子标签的位置数据。

在本发明的一个实施例中，所述无源超高频RFID室内定位系统具有环境定位模型和相应定位算法，解决各类室内复杂环境下射频信号遇到墙壁、地面和邻近标识物时会产生反射、散射和衍射，造成多径传输效应对标签信号会的影响，提高定位准确度。

在本发明的一个实施例中，所述无源超高频RFID室内定位系统具有校正机制，将所述读写器、电子标签、天线及控制终端的设备信息与已知位置列表联立，减少评估误差变量的定位算法，实现高准确度实时定位。

进一步，所述读写器、电子标签及天线的设备信息直接存储在所述控制终端中。

在本发明的一个实施例中，所述电子标签为能够适应不同材料的标识物体，能够在不同标识物材质和安置方向下被所述读写器正确识别。

本发明的无源超高频RFID室内定位系统，通过读写器和天线互相配合形成特定的电子标签工作区域，工作区域随输出功率的增加而变大，读写器向空间分离的各个天线发送不同的射频功率，进行电子标签工作区域的动态扫略，通过集合判定确定电子标签标识物的具体位置，实现本发明的目的。

附图说明

图1为本发明的无源超高频RFID室内定位系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例

如图1所示，本发明的无源超高频RFID室内定位系统，它包括：读写器10、天线20、电子标签30及控制终端(图中未示)；读写器10用于根据电子标签30的信号确定电子标签30的位置；天线20由读写器10控制天线20的输入功率，天线20发射问讯信号和接受电子标签30的响应信号；电子标签30设置在标识物上并向读写器10发送标识物的身份信息和内置数据信息；控制终端用于接收读写器10收到的电子标签30的位置信号判定电子标签30所在的位置。

在本实施例中，在货物堆栈的边沿安放四个天线20，在场地中央安置一部读写器10，控制终端(图中未示)通过读写器10以软件形式向空间中不同位置的天线20发送不同的射频功率信号，控制四个天线20的输入功率，改变不同位置天线20的射频工作区域，各个天线20的覆盖区域在时间上是变化的，但是其主体区域相对稳定，天线20的射频工作区域以动态形式实现扫略，系统自动关联各个天线20的输出功率信息和电子标签30的识别信息，通过集合判定电子标签30标示的标识物所在的具体位置。

在本发明中，读写器10之间互相联动，实现各自输出的端口射频功率的调整，以适应大范围室内定位的环境。

本发明的无源超高频RFID室内定位系统中还包括参考电子标签40，参考电子标签40的位置信息为已知的，在对应一定的仓储物资室内堆放环境，参考电子标签40安置在空间分离的不同货物堆栈中，参考电子标签40的位置信息作为已知信息存储在控制终端(图中未示)中，读写器10通过判断参考电子标签40与电子标签30的信号强弱，按照一定的逻辑关系和优化算法，使用参考电子标签40通过比较参考电子标签40和电子标签30的信号强度，结合参考电子标签40的自身位置坐标实现定位功能，通过由参考电子标签40形成的分布网络图获得电子标签30的位置信息，这种位置算法降低了对天线20位置坐标的依赖性，采取以参考电子标签40建立参照坐标系，得出与电子标签30最邻近的参考电子标签40的位置。

读写器10接收的电子标签30的信号强度会有一定波动，射频信号在室内复杂环境下射频信号遇到墙壁、地面和邻近标识物时会产生反射、散射和衍射，造成多径传输效应明显，参考电子标签40与电子标签30之间建立误差联动，通过多组参考电子标签40与电子标签30形成多组距离对比数据，来提高电子标签30位置信息的分辨率，获得较为准确的电子标签30的位置数据，增加定位精度，同时降低对天线20位置坐标的依赖。

本发明的无源超高频RFID室内定位系统具有环境定位模型和相应定位算法，采取分级定位算法和典型应用场景的定位模型，读写器10作为二级网格分布于定位区域，电子标签30以等效地位的一级网格节点依附于表示标识物上，利用定位区域现有或可以低成本构建的网络拓扑，解决各类室内复杂环境下射频信号遇到墙壁、地面和邻近标识物时会产生反射、散射和衍射，造成多径传输效应对标签信号会的影响，提高定位准确度。

本发明的无源超高频RFID室内定位系统具有校正机制，将读写器10、电子标签30、天线20及控制终端(图中未示)的设备信息与已知位置列表联立，或者直接将读写器10、电子标签30及天线20的设备信息直接存储在控制终端(图中未示)中，利用合适的信号传播模型为参考位置计算出理论上的信号强度，提取典型场景的定位特征参数，在按特定要求划分网格的逻辑空间内评估各状态过渡的概率与预期结果，同时辅以经验数据能够适应不同建筑材料、建筑类型和室内分隔状况的定位环境解决各类室内复杂环境下射频信号波动影响，减少评估误差变量的定位算法，能够在短时间内建立在不同的应用场景中并保持优良的定位准确度，实现高准确度实时定位。

本发明中的电子标签30为能够适应不同材料的标识物体，能够在不同标识物材质和安置方向下被所述读写器正确识别，解决安装位置和标识物材质对电子标签信号强度的严重影响问题，增强系统可靠性。

本发明中的控制终端(图中未示)为现有常规的控制设备在此就不赘述了。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1、一种无源超高频RFID室内定位系统，其特征在于，它包括

读写器，用于根据电子标签的信号确定电子标签的位置；

天线，由读写器控制天线的输入功率并发射问讯信号和接受电子标签的响应信号；

电子标签，设置在标识物上并向读写器发送标识物的身份信息和内置数据信息；及

控制终端，用于接收读写器收到的电子标签的位置信号判定电子标签所在的位置；

所述控制终端通过读写器向空间中不同位置的天线发送不同的射频功率信号，改变不同位置天线的射频工作区域，判定电子标签标示的标识物所在的具体位置。

2、如权利要求1所述的无源超高频RFID室内定位系统，其特征在于，所述读写器之间互相联动，实现各自输出的端口射频功率的调整，以适应大范围室内定位的环境。

3、如权利要求1所述的无源超高频RFID室内定位系统，其特征在于，所述无源超高频RFID室内定位系统中还包括参考电子标签，所述参考电子标签的位置信息为已知的，存储在所述控制终端中，所述读写器通过判断所述参考电子标签与所述电子标签的信号强弱，得出所述电子标签的位置信息。

4、如权利要求3所述的无源超高频RFID室内定位系统，其特征在于，所述读写器按照逻辑关系和优化算法得出与所述电子标签最邻近的所述参考电子标签的位置，得出所述电子标签的位置信息。

5、如权利要求3所述的无源超高频RFID室内定位系统，其特征在于，所述参考电子标签与所述电子标签之间建立误差联动，通过多组所述参考电子标签与所述电子标签形成多组距离对比数据，来提高所述电子标签位置信息的分辨率，获得较为准确的所述电子标签的位置数据。

6、如权利要求1所述的无源超高频RFID室内定位系统，其特征在于，所述无源超高频RFID室内定位系统具有环境定位模型和相应定位算法，解决各类室内复杂环境下射频信号遇到墙壁、地面和邻近标识物时会产生反射、散射和衍射，造成多径传输效应对标签信号会的影响，提高定位准确度。

7、如权利要求1所述的无源超高频RFID室内定位系统，其特征在于，所述无源超高频RFID室内定位系统具有校正机制，将所述读写器、电子标签、天线及控制终端的设备信息与已知位置列表联立，减少评估误差变量的定位算法，实现高准确度实时定位。

8、如权利要求1所述的无源超高频RFID室内定位系统，其特征在于，所述读写器、电子标签及天线的设备信息直接存储在所述控制终端中。

9、如权利要求1所述的无源超高频RFID室内定位系统，其特征在于，所述电子标签为能够适应不同材料的标识物体，能够在不同标识物材质和安置方向下被所述读写器正确识别。