CN101981599B - 利用调制背散射定位资产的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明描述了利用调制背散射定位资产的方法及系统，即利用来自资产标签和一个或多个标识器标签的调制背散射定位资产的方法和系统。所述系统包括阅读器、定位模块和一个或多个标识器标签。所述资产标签的位置估计部分基于关于各所述一个或多个标识器标签位置的现有知识。各标识器标签的位置可存储于数据库。所述定位模块利用自所述一个或多个标识器标签和所述资产标签接收到的调制背散射信号的估计参数确定所述资产标签的位置估计。利用所述标识器标签的已知位置，能确定所述资产标签的位置估计。所述位置估计可以是相对位置、绝对位置和/或包含所述标识器标签的区域。使用所述标识器标签的移动阅读器能定位整个大区域的资产标签以及（例如）可盘存整个大区域的资产。

Description

利用调制背散射定位资产的方法及系统

发明背景

技术领域

本发明通常涉及资产跟踪，特别涉及利用调制背散射定位已标记资产。

背景技术

在传统射频识别（RFID）系统中，标签中编码的数据通过标签传输至阅读器，以响应阅读器的查询。标签可不带电池（即无源标签），在此情况下从阅读器发射出的波束激励标签的电路，然后标签利用调制背散射将标签中编码的数据传输到阅读器。由于标签通常贴在资产上（例如，RFID系统跟踪中的物品），因此标签中编码的数据可用于唯一识别资产。

在半无源标签的情况下，含有标签的电池激励标签的电路。当标签检测到自阅读器发射出的波束后，标签利用调制背散射将标签中编码的数据传输到阅读器。在有源标签的情况下，含有标签的电池可以无需首先检测发射波束或由发射波束激励即激励至阅读器的通信。半无源标签和有源标签也可包括可唯一识别资产的标签中编码的数据。

在传统RFID系统中，阅读器确定标签位置的能力可能受到限制，因为阅读器发射的波束通常是宽波束。传统RFID系统可以采用含有一个或多个天线的阅读器，其中每个天线均具有固定的波束方向图。所述天线通常由大小与所发射波束的波长相当的间距隔开，以提供抗多径衰落发散性分集和提高自未知方向的标签接收通信的可靠性。此外，当单个固定阅读器和标签之间的通信范围过小而无法关注区域的所有标签时，传统RFID系统可能受到限制。

发明内容

本发明的实施例包括一种方法，所述方法用于：利用阅读器接收来自一个或多个标识器标签的调制背散射信号，利用所述阅读器接收来自资产标签的调制背散射信号，估计自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的参数和估计自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的参数。所述方法进一步包括确定所述资产标签的位置估计，所述位置估计基于自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数和自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数。

根据另一实施例，一种方法包括：估计阅读器处于第一位置时自若干标识器标签接收到的调制背散射信号的第一参数，估计所述阅读器处于所述第一位置时自资产标签接收到的调制背散射信号的第二参数，移动所述阅读器至第二位置，估计所述阅读器处于所述第二位置时自所述若干标识器标签接收到的所述调制背散射信号的第三参数，估计所述阅读器处于所述第二位置时自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的第四参数。所述方法进一步包括根据所述第一参数、第二参数、第三参数和第四参数估计所述资产标签的位置。

本发明的实施例包括用于接收来自一个或多个标识器标签的调制背散射信号的装置、用于接收来自资产标签的调制背散射信号的装置、用于估计自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的参数的装置、用于估计自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的参数的装置和用于确定所述资产标签的位置估计的装置，所述位置估计基于自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数和自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数。

附图说明

图中的元件是基于简化和清晰原因示出，并未按比例绘制。部分元件的尺寸相对其他元件可能有所放大，以促进理解本发明的各实施例。

图1显示利用标识器标签和资产标签的定位系统。

图2显示货架应用中的定位系统。

图3显示闸门应用中的定位系统。

图4为示例性发射机波束成形系统的结构图。

图5为示例性接收机波束成形系统的结构图。

图6显示多径环境下的定位系统。

图7显示二维移动阅读器配置中的定位系统。

具体实施方式

本发明包括利用来自资产标签和一个或多个标识器标签的调制背散射定位资产的方法和系统。阅读器和位置模块可使用来自标识器标签的调制背散射信号估计阅读器和资产标签的位置。资产指其位置受到关注的任何物品，资产标签指与资产相关联的标签，例如，将资产标签贴在资产上。资产可以是书本等无生命的物体，或者人、动物和/或植物。

所述方法和系统能够实现具有位置能力的盘存，其中已标记资产的估计位置在关注区域中确定。此外，在包含移动阅读器的实施例中，所述方法和系统能定位整个大区域的资产标签以及（例如）也能盘存整个大区域的已标记资产。

所述系统包括阅读器、位置模块和一个或多个标识器标签，其中阅读器、位置模块和一个或多个标识器标签用于部分基于有关各所述一个或多个标识器标签位置的现有知识提供资产标签的位置估计。各标识器标签的位置可存储于数据库。资产标签的位置估计可基于标识器标签确定。一旦估计了资产标签的位置，所述资产标签可充当标识器标签，在本文中描述为模拟标识器标签。

位置模块利用自一个或多个标识器标签和自资产标签接收到的调制背散射信号的估计参数确定资产标签的位置估计。参数可由标量值和向量值表示，并可包括（例如）相对于阅读器轴线和/或标识器标签和/或资产标签到阅读器之间范围（即距离）的调制背散射信号的到达角。通过标识器标签的已知位置和估计参数，能确定资产标签的位置估计。位置估计可以是相对位置、绝对位置和/或包括标识器标签的区域。

在一个实例中，含有资产标签的区域可由书架各端的标识器标签确定。当资产标签贴于书架上的书等物品时，由此可确定所述书在所述区域内，同样也可确定其在书架上。在所述配置中，阅读器的相对位置也可通过处理自资产标签和标识器标签接收到的调制背散射信号确定。

图1显示使用标识器标签和资产标签的定位系统。所述定位系统包括阅读器110和位置模块170。阅读器110可以生成由波束150表示的发射电磁信号。视场（FOV）160可以表示自标识器标签120和/或资产标签140接收到的调制背散射信号的接收视场。为了简化，FOV 160在图1中显示为二维视场，也可以为三维视场。区域130可以是标识器标签120A和标识器标签120B之间的区域，如同图1中简化的二维显示。如图1所示，资产标签140B属于区域130。在各实施例中，区域130也可为三维区域（未显示）。因此，一个或多个标识器标签120可用作限定具有二维和/或三维几何结构的区域。

在各实施例中，阅读器110包括一个或多个用于发射电磁信号到标识器标签120和资产标签140的天线（未显示）以及一个或多个用于接收来自标识器标签120和资产标签140的调制背散射信号的天线。阅读器110可在下列一种或多种模式下运行：(i)单天线发射、多天线接收；(ii)多天线发射、多天线接收；和/或(iii)多天线发射、单天线接收。

标识器标签120和资产标签140利用调制背散射信号与阅读器110通信。阅读器110接收来自标识器标签120和资产标签140的调制背散射信号，并估计调制背散射信号的参数。如同本文所用，自标识器标签120和/或资产标签140接收到的调制背散射信号的估计参数包含根据调制背散射信号确定和/或估计的任何可测数量、特性或信息。

估计参数可包括但不限于RFID前导序列、RFID有效负载数据和/或附加信息、自标识器标签120和/或资产标签140接收到的调制背散射信号的信号强度、自标识器标签120和/或资产标签140接收到的调制背散射信号的到达角、自标识器标签120和/或资产标签140接收到的调制背散射信号的天线阵列响应、标识器标签120和/或资产标签140到阅读器110的距离、调制背散射信号从标识器标签120和/或资产标签140到阅读器110的飞行时间。当阅读器110估计背散射信号的参数超时时，位置模块170可确定资产标签140的运动方向和/或资产标签140的速度。

标识器标签120的位置可存储在位置模块170可访问的数据库中（未显示）。标识器标签120的位置可包括二维（x，y）坐标系中的绝对或相对位置，或三维（x，y，z）坐标系中的绝对或相对位置。

位置模块170可通过使阅读器110阅读来自其FOV 160中的一个或多个标识器标签120和资产标签140（例如，接收调制背散射信号）提供资产标签140的位置估计180。位置估计180可以是资产标签140的绝对或相对位置估计，可提供资产标签140包含在区域130中的确定，可提供资产标签140绝对或相对位置的概率性估计，和/或可提供资产标签140是否包含在区域130中的概率性估计。例如，阅读器110阅读资产标签140B时，位置模块170可以比较资产标签140B的位置和资产标签120A和120B的位置，并提供包括区域130包含资产标签140B的确定的位置估计180。

在各实施例中，位置模块170可以提供多时间实例和/或超出多时间段的位置估计180。因此，位置估计180可用于确定资产标签140的运动方向。这就使得（例如）位于门口的阅读器110能确定资产标签140是否正在进入或退出特定的关注区域。

在各实施例中，标识器标签120和/或资产标签140可以是无源标签、半无源标签、有源标签或所述类型标签的组合。例如，一些标识器标签120可以是半无源标签，以提供区域的高空间分辨率识别，而资产标签140可以是无源标签，以降低成本。如果阅读器110和标识器标签120以及资产标签140之间的距离大于无源标签的适合距离，则标识器标签120和资产标签140均可为半无源标签。

一旦估计了资产标签140的位置，资产标签140就可以充当标识器标签120，从而降低标识器标签120的密度。按所述方式使用的资产标签140可称为模拟标识器标签。因此，区域可以基于一个或多个模拟标识器标签确定。

图2显示货架应用中的定位系统。标识器标签120A可定位于货架210的一个货架端处，标识器标签120B可定位于货架210的另一货架端处。然后，区域220可定义为标识器标签120A和120B之间的货架区域。在此应用中，位置模块170可以提供包括资产标签140是否在区域220中的位置估计180。

图3显示闸门应用中的定位系统。在此应用中，含有闸门310的区域可由来自标识器标签120A的半径限定，含有闸门320的另一区域可由来自标识器标签120B的半径限定。虽然图3显示包含两个闸门（闸门310和闸门320）的闸门应用，但定位系统可与单个闸门（未显示）或两个以上闸门（未显示）一同使用。

阅读器110可接收来自正在通过闸门310的资产标签140的调制背散射信号。确定资产标签140正在通过闸门310可基于从标识器标签120A起的半径范围内的位置估计180。

图4为示例性发射机波束成形系统的结构图。发射机波束成形系统包括锁相环路（PLL）410、移相器420、调制器430、天线440、时钟450、发射波束成形模块460、发射数据470和标识器标签反馈装置480。各天线440均可为单个天线或天线元件。发射机波束成形使用两个或两个以上天线440将发射波束对准空间中的特定区域。在各实施例中，阅读器110（图1）具有发射机波束成形能力，使得阅读器110能选择将其波束150的能量对准何处。

对于通带信号的标准复基带表示法，如果发射机波束成形系统具有N个天线元件，则来自第i个天线的发射信号u_i(t)（i＝1，...,N，）由w_is(t)得出，其中w_i是称为第i波束成形系数的复增益，s(t)是待发射的信号（一般是复值信号）。向量式中：

u(t)=(u₁(t)，...u_N(t))^T,

w=(w₁，...w_N)^T

u(t)=ws(t)。

如果信号s(t)是窄带信号（即其带宽较信道的相关带宽小），则此类系统中从第i个发射元件到标识器标签120和/或资产标签140的信道增益可建模为复标量hi。确定信道向量：

h=(h₁,...h_N)^T,

在标识器标签120和/或资产标签140处接收到的信号可建模为：

y(t)=h^Tws(t)+n(t)，

式中n(t)表示噪声。

因此，来自标识器标签120和/或资产标签140的调制背散射信号具有与(h^Tw)²成正比的功率。信道向量h取决于标识器标签120和/或资产标签140相对于天线440的位置。例如，当天线440是具有间距为d的元件的线性阵列时，相对于宽面角度为θ的标识器标签120和/或资产标签140的信道向量由下式得出：

a(θ)=(1,α,α²，...,α^N-1)^T，

式中α=exp(j2πsinθ/λ)，λ表示载波波长。因此，来自标识器标签120和/或资产标签140的调制背散射信号的强度与标识器标签120和/或资产标签140相对于阅读器110的位置有关。

利用发射机波束成形，位置模块170可提供来自调制背散射信号的位置估计180，如下所述。发射波束的主瓣，如波束150，可在整个区域扫描。波束150利用天线440的阵列，通过控制自天线440发射的射频（RF）信号的相对相位和相对幅度得以电子转向。可将作为扫描角函数的自标识器标签120接收到的调制背散射信号的强度提供给标识器标签反馈装置280和位置模块170。使用此信息，可以估计含有自标识器标签120接收到的调制背散射信号的到达角的位置估计180。

例如，调制背散射信号强度峰值作为扫描角的函数，可以用于估计接收到的含有到达角的调制背散射信号的参数。对于高空间分辨率估计，假设w_k是对应第k次扫描的发射波束成形系数的向量，其中k=l,...,K，h(x)为从阅读器110到位于相对于阅读器110的位置x处的标识器标签120和/或资产标签140的信道向量。此处x可表示三维位置、二维位置或相对于阅读器110的发射波束成形阵列的到达角和/或发射角。则K次扫描所接收到功率的向量与下式成正比：

Q(x)=((h(x)^Tw₁)²，...(h(x)^Tw_K)²)。

因此，接收到的功率P=(P₁,...,P_K)的实际向量与Q(x)的比较可用于估计一组x的可能值中的x。例如，考虑带有阵列响应a(θ)的阵列。为了在第k次扫描时形成朝向角θ_k的波束，波束成形系数设为w_k=a^*(θ_k)，这样(h^Tw_k)²的峰值出现在h=a(θ_k)时。因此，在θ角处来自标识器标签120和/或资产标签140的预计接收功率的向量由下式得出：

Q(θ)=((a(θ)^Ha(θ₁))²,...(a(θ)^Ha(θ_K))²).

此时所接收功率P=(P₁,...,P_K)的实际向量与Q(θ)的比较可用于估计θ。

本技术概括为二维阵列，其使得估计两个角度成为可能。角度估计可以基于P的形状与Q(θ)的比较，P的强度（收到信号的强度）可用于估计标识器标签120和/或资产标签140到阅读器110的距离。因此，通过结合两个角度和距离的估计，二维发射波束成形阵列可用于估计标识器标签120和/或资产标签140相对于阅读器110的三维位置。

如果标识器标签120发射含有已知数据序列的调制背散射信号，则与所述序列相关可用于提供接收到的调制背散射信号的参数估计。来自标识器标签120和/或资产标签140的调制背散射信号也已知为上行链路。所述相关能提供与h^Tw成正比的复基带信道增益的估计，也能用于发射波束成形系数w的自适应。例如，使样本y[l]对应第l符号，b[l]在上行链路上发射。则：

y[l]=b[l]βh^Tw+N[l]，

式中N(l)表示噪声，β是由于来自标识器标签120和/或资产标签140的调制背散射信号和至阅读器110的传播而在上行链路上所见的总复增益。则相关∑y[l]b^*[l]提供可用于自适应w以最大化增益(h^Tw)²的βh^Tw的估计。

本技术是一种隐式反馈机制，由于阅读器110提取有关下行链路的信息，并可能基于自上行链路信号提取的信息适应上行链路。或者，如果上行链路上的数据解调足够可靠，则其能用于由阅读器110进行的判定控制参数估计，以降低对标识器标签120发送已知数据段的要求。因此，符号b(l)可在判定控制自适应中由其估计替代。阅读器110也可通过（例如）计算|y[l]|²的平均值估计上行链路上的平均接收功率。估计中的参数可能含有由标识器标签120发送到阅读器110的显性反馈。显性反馈的实例是，当标识器标签120将数据中有关其所接收信号的特定信息编码时，标识器标签正在将其发送回背散射信号。

阅读器110也可使用发射机波束成形减少传统RFID系统和/或同一区域中其他发射机波束成形系统之间的干扰。利用标识器标签120，阅读器110可使用发射机波束成形引导发射RF能量如波束150至预期区域，并利用标识器标签反馈装置280远离非预期区域引导发射RF能量至控制发射波束成形模块260。来自标识器标签120的反馈可是隐性或者显性反馈，如本文所述。因此，本文描述的发射机波束成形和/或功率控制可减少干扰，由此以近距离容纳多个RFID系统和/或多个阅读器110。

图5为示例性接收机波束成形系统的结构图。接收机波束成形系统包括锁相环路（PLL）510、基带移相器520、解调器530、天线540、时钟550、接收波束成形模块560和接收数据装置570。各天线540均可为单个天线或天线元件。接收机波束成形可使用两个或两个以上天线540将阅读器110的灵敏度调至空间区域，例如FOV 160。在各实施例中，天线540可与参考图4描述的天线440相同。在各实施例中，阅读器110具有接收波束成形能力，使得阅读器110能确定含有自标识器标签120和资产标签140接收到的调制背散射信号到达角的定位信息。

阅读器110可包括在基带中实现的接收波束成形，如图5所示。利用接收机波束成形，定位资产标签140基于自一个或多个标识器标签120和资产标签140在天线540处接收到的调制背散射信号之间的关系。接收波束成形模块360通过关联天线540处的收到信号与已知或估计数据信号能估计与来自标识器标签120和/或资产标签140的调制背散射信号相对应的接收阵列响应。

例如，考虑窄带信令（其中信号带宽小于信道相干带宽）和具有M个天线的阅读器110。使用M个天线处通带接收信号的复基带表示法，第j(j＝I...,M）个天线的接收信号可写为y_j(t)=h_jv(t)+n_j(t)，式中j＝l,...,M，v(t)是标签背散射的信号，h_j是所述标签到第j个天线元件的复通带增益，n_j(t)是第j个天线元件所见的噪声。利用向量表示法：

y(t)=(y₁(t)，...y_M(t))^T，

h=(h₁,...h_M)^T，

n(t)=(n₁(t)，...n_M(t))^T，则

y(t)=hv(t)+n(t)。

向量h可称为接收阵列响应或从标识器标签120和/或资产标签140到阅读器110的空间信道。

考虑前述表示法（可能通过连续时间向量信号y(t)的筛选和取样获得）的离散时间模式也有用处，如下所示：

y[l]=hb[l]+n[l]，

式中b[l]可表示上行链路上发射的第l个符号。接收机波束成形系统可在向量接收信号和复值接收波束成形系数之间形成空间相关性。因此，使得w=(w₁,...w_M)^T表示复值接收波束成形系数的向量或波束成形权值。接收机波束成形系统可形成内积。

r(t)=w^Hy(t)=(w^Hh)v(t)+w^Hn(t).

对于离散时间模型，相应内积可参照以下模型：

r[l]＝w^Hy[l]=(w^Hh)b[l]+w^Hn[l].

此类波束成形操作的实现对应相移（如图5所示在基带中实现）和幅度缩放（未显示）。

在各实施例中，按照所属领域的波束成形技术，接收波束成形可通过由单格天线540的元件接收到的调制背散射信号的相位调整在RF带中实现。波束成形系数w可由接收波束模块自适应，以跟踪所需关注信号，所述信号（例如）可能是标签在上行链路上发送的已知符号。已适应的权值提供有关接收阵列响应h的信息。或者，接受波束成形模块可（例如）通过使接收阵列响应h与一组已知或估计符号相关联来估计直接来自y(t)的接收阵列响应h。另一关注数量是空间协方差矩阵C：

C=E[y(t)y^H(t)],

例如，可通过总计或平均外积y[l]y^H[l]估计C。

则对应标识器标签120和/或资产标签140的接收阵列响应可由位置模块170用于按照所属领域的已知技术提供资产标签140的位置估计180。位置模块170也可以使用二阶统计量，例如空间协方差矩阵C。在典型RFID协议中，传统RFID标签调制的数据包括已知前导序列，其后是可含有标签编号和/或附加信息的有效负载。在各实施例中，标识器标签120和/或资产标签140可使用已知前导序列估计接收阵列响应。除RFID协议提供的前导序列外，通过显性配置有效负载能提供改善接收阵列响应估计的更大训练序列，以包含含有已知数据段的附加信息。例如，对于离散时间模型：

y[l]=hb[l]+n[l]，

可利用相关性

估计接收阵列响应h，式中符号b[l]的序列由于作为已知前导序列或训练序列的一部分而为已知的先验序列，如本文所述。

接收波束成形模块560可按照所属领域的已知技术，通过结合训练和判定控制自适应组合自天线540接收到的信号。例如，接收波束成形模块560可基于线性最小均方差（MMSE）准则包括所属领域中已知的自适应算法。例如，对于离散时间模型：

r[l]=w^Hy[l]=(w^Hh)b[l]+w^Hn[l]，

接收波束成形系数w可经自适应，以最小化均方差E[|w^Hy[l]-b[l]|²]。这能利用所属领域已知的算法实现，包括最小均方算法（LMS）、递归最小二乘算法（RLS）或分块最小二乘算法（BLS）和/或其变体。如果标识器标签120和/或资产标签140正与阅读器通信，噪声为白噪声，则MMSE波束成形系数是h的纯量倍数。因此，w的自适应提供有关接收阵列响应h的信息。如此确定的波束成形系数w可提供给位置模块170。也可提供空间协方差矩阵C等附加信息给位置模块。

在各实施例中，阅读器110无需如图5所示的接收机波束成形系统即可进行数据解调。在所述实施例中，可单独解调天线阵列中的各个天线（未显示）。数据解调可通过一个或多个天线首先进行，接着判定可与不同天线元件处接收到的信号相关联，以估计接收阵列响应。例如，对于离散时间模型：

y[l]=hb[l]+n[l]，

h的判定控制估计可利用相关性

估计接收阵列响应h，式中符号b[l]的估计从解调器获取。

如本文所述，可通过不同方法估计接收机阵列响应h，包括通过比对已知或估计信号与收到调制背散射信号的向量相关进行直接估计，以及通过自适应接收波束成形权值w进行间接估计。位置模块170可使用接收阵列响应的估计为标识器标签120和/或资产标签140提供相对于阅读器110的位置估计180，因为接收阵列响应h取决于接收天线阵列中标识器标签120和/或资产标签140相对于天线540的位置。

例如，当天线540是元件间距为d的线性阵列时，θ角处相对于宽面的标识器标签120和/或资产标签140的信道向量由下式得出：

a(θ)=(1,α,α²，...,α^N-1)^T，

式中α=exp(j2πsinθ/λ)，λ表示载波波长。对于天线540和标识器标签120和/或资产标签140之间的视距（LOS）链路，标识器标签120和/或资产标签140相对于天线540当前位置的方向能通过最大化|a^H(θ)h|估计为其允许距离内的θ函数。对于天线540是二维天线阵列的实施例来说，可估计两个角度。此外，能使用接收到的信号强度估计距离，然后其能够实现三维位置。也能使用所属领域已知的其他距离估计技术，例如使用调频连续波（FMCW）波形。

一旦位置模块170确定了标识器标签120和/或资产标签140相对于阅读器110的位置，所述位置的比较能用于确定资产标签140相对于标识器标签120的位置估计180。因此，如果已知标识器标签120的绝对位置，则可确定资产标签140的绝对位置。或者，位置模块170可以比较位置相关参数，如发射或接收波束成形系数或接收阵列响应估计，以便提供资产标签140相对于标识器标签120的位置估计180。所述位置估计180可量化为区域，如本文所述，而非二维或三维坐标系中的显性估计。如参考图1、图2和图3所做的论述，区域可定义为一个或多个标识器标签120周围的区域，不必要求已知标识器标签的绝对坐标。

如果参考图4所述的天线440和参考图5所述的天线540是相同的天线阵列，则可将接收波束成形模块560确定的波束成形系数用于发射波束成形模块460进行的发射，从而更精确地将波束150导至标识器标签120和/或资产标签140的区域。或者，为了减少特定区域中来自标识器标签120的干扰，发射波束成形模块460可通过自适应发射波束成形系数为近似正交于接收波束成形系数合成特定标识器标签120方向中的零位。

含有发射机和/或接收机波束成形的阅读器110可通过所属领域中已知的空分多址连接（SDMA）法提供改进性能。例如，阅读器110可将其在波束150中的发射能量导向小区域，从而减少由波束150照明的标识器标签120的数量。在各实施例中，使用SDMA可简化切割任务。对于含有接收波束成形的阅读器110，可使用MUSIC等多用户检测技术和算法基于多个标识器标签120的接收阵列响应差成功解码来自多个标识器标签120的同步响应。此外，如果标识器标签120有效负载包含以直接序列扩频格式编码的数据，则可利用所属领域已知的码分多址（CDMA）技术同时阅读多个标签，以成功解码阅读器110接收到的多个响应。在具备接收机波束成形能力的阅读器110中，可结合SDMA使用所述CDMA技术。

也可使用阅读器110确定距离估计。阅读器110的几何形状类似于雷达和/或声纳，因为来自标识器标签120和资产标签140的调制背散射信号电子反射回阅读器110。因此，根据所属领域中的已知方法，能使用雷达和/或声纳技术估计距离信息。例如，阅读器110能发射含有调频连续波（FMCW）波形而非连续波（CW）音频的波束150，并能处理来自标识器标签120和/或资产标签140的回波，以检测已发射FMCW波形和接收到FMCW波形之间的频差，从而估计可在FMCW雷达中估计的距离。通过自标识器标签120和/或资产标签140接收到的调制背散射信号的强度，可使用阅读器110确定距离信息。

图6显示多径环境下的定位系统。在有来自反射或散射对象的多径分量的情况下阅读器110和位置模块170可定位标识器标签120和/或资产标签140。一个此类反射或散射对象是地面。如图6所示，多径环境可包括位于（x,y,z）的阅读器110、地面630和位于（x_t,y_t,z_t）的标识器标签120。阅读器110接收来自标识器标签120的直接背散射610和地面反射620。

在无地面反射620的简单视距（LOS）环境下，标识器标签120和/或资产标签140位置的最大概似法（ML）估计对应最大化接收阵列响应与阵列流形的关联。但是对于多径环境，ML估计取决于几何形状。在一个实例中，主多径分量可为自地面630反射的地面反射620。阅读器110与标识器标签120和/或资产标签140之间的其他反射或散射对象可生成多径分量。

图6中所示对应多径环境的复基带接收阵列响应可由下式建模：

h=α₁a₁(x_t，y_t，z_t)+α₂a₂(x_t，y_t，z_t)+N

式中a₁是对应直接背散射610（LOS路径）的阵列响应，a₂是对应自地面反射620的路径的阵列响应，α₁和α₂是对应所述路径的复增益，取决于传播环境，并可能是未知的，N是噪声。上述接收阵列响应h可表示阵列响应的估计，其利用本文所述的技术获得，噪声N可解释为估计噪声，其通常非常近似于白噪声和高斯噪声。

建模所述复增益的一种方法是通过进行极小化获得所述复增益和标识器标签120位置(x_t，y_t，z_t)的联合ML估计：

${\min }_{{\mathrm{\α}}_1{\mathrm{\α}}_2}{\min }_{\left(x_1{y}_1{z}_1\right)}{(y-{\mathrm{\α}}_1{a}_1(x_t,y_t,z_t)+{\mathrm{\α}}_2{a}_2(x_t,y_t,z_t))}^H(y-{\mathrm{\α}}_1{a}_1(x_t,y_t,z_t)+{\mathrm{\α}}_2{a}_2(x_t,y_t,z_t))$

式中H是共轭转置，噪声N为附加性高斯白噪声时极小化最佳。

所属领域中已知的一种解决方法是选择将与a₁(x_t，y_t，z_t)和a₂(x_t，y_t，z_t)跨过的子空间正交的y投影最小化的标识器标签120的位置(x_t，y_t，z_t)。可按照附加信息（例如，距离估计或关于阅读器110到标识器标签120的位置估计之间距离的现有知识）进一步约束最佳位置(x_t，y_t，z_t)估计的查找。

所属领域中已知的其他解决方法包括基于空间协方差矩阵使用算法用于查找主多径分量的MUSIC或ESPRIT等算法。通常，为特定接收阵列响应查找标识器120的最适合位置能利用考虑多径环境模型的标准ML或贝叶斯技术实现。

在强散射环境下，多径不足够稀疏时按本文所述建模，标识器标签120位置的接收阵列响应的依赖性可能不能按本文所述准确建模。但是，接收阵列响应仍随着标识器标签120的位置平滑变化。因此，如果一个或多个标识器标签120放置足够密集，则资产标签140（图1）的阵列响应和标识器标签120的阵列响应之间的比较（例如，通过计算估计参数之间的归一化相关）能用于估计资产标签140的位置。如果h_a和h_b是标签a和b的估计接收阵列响应，则归一化相关可定义为：

$\frac{\left|{h_a}^H{h}_b\right|}{\sqrt{\left({h_a}^H{h}_a\right)\left({h_b}^H{h}_b\right)}}.$

例如，如果接收阵列响应与货架210（图2）上的标识器标签120的接收阵列响应高度相关，如同聚类算法所确定的一样，则可估计资产标签140在货架210上。

图7显示二维移动阅读器配置中的定位系统。在各实施例中，阅读器701可以是移动式，即阅读器701可从第一位置移动至第二位置（标示为阅读器702）。移动阅读器配置可用于盘存整个仓库中的资产标签140。

在移动配置中，阅读器110可利用阅读器701接收来自若干标识器标签120和资产标签140的调制背散射信号，其中阅读器701是第一位置处阅读器110的具体体现。则阅读器702可接收来自若干标识器标签120和资产标签140的调制背散射信号，其中阅读器702是第二位置处阅读器110的具体体现。

如图7所示，角710可定义为标识器标签120A和阅读器701轴线之间的角。同样地，角720可定义为资产标签140和阅读器701轴线之间的角，角730可定义为标识器标签120B和阅读器501轴线之间的角。距离715定义为标识器标签120A和阅读器701之间的距离。同样地，距离725定义为资产标签140和阅读器701之间的距离，距离735定义为标识器标签120B和阅读器701之间的距离。

同样地，角740和760可分别定义为从标识器标签120A和120B到阅读器702轴线的角。角750可定义为从资产标签140到阅读器702轴线的角。同样地，距离745和765可分别定义为从标识器标签120A和120B到阅读器702的距离。距离755可定义为从资产标签140到阅读器702的距离。

在一个实施例中，自标识器标签120A和120B接收到的背散射信号的估计参数包括角710和730（相对于阅读器701的轴线）以及角740和760（相对于阅读器702的轴线）。在本实施例中，自资产标签140接收到的调制背散射信号的估计参数包括角720和750。

由于已知标识器标签120A和120B的位置，所以位置模块170可通过首先估计阅读器701和702的位置利用标识器标签120A和120B的位置、角710、720、730、740、750和760以及几何形状提供资产标签140的位置估计180。可利用标识器标签120A和120B的位置、角710和730以及简单的几何计算估计阅读器701的位置。同样也能估计阅读器702的位置。

位置模块170可提供资产标签140的位置估计180，如下所示：(x₁,y₁)表示标识器标签120A的位置，(x₂，y₂)表示标识器标签120B的位置，θ₁表示角730，θ₂表示角710。则可通过求解下列等式估计阅读器701的位置(a₁,b₁)。

$\frac{y_1-b_1}{a_1-x_1}=\tan {\mathrm{\θ}}_1,$ $\frac{y_2-b_1}{x_2-a_1}=\tan {\mathrm{\θ}}_2.$

位置模块170可利用标识器标签120A和120B的位置、角740和760以及类似的几何计算估计阅读器702的位置。

随后，可利用阅读器701和702的位置估计、角720和750以及类似的几何计算估计资产标签140的位置。虽然图7为了简化以二维图显示，但资产标签140、阅读器701和阅读器702的位置也可通过推断为三维的类似几何计算估计为三维位置。

在各实施例中，自标识器标签120A和120B接收到的调制背散射信号的估计参数包括距离715和735（到阅读器701）及距离745和765（到阅读器702）。在所述实施例中，自资产标签140接收到的调制背散射信号的估计参数包括距离725和755。

由于已知标识器标签120A和120B的位置，位置模块170可利用（例如）标识器标签120A和120B的位置、距离715、725、735、745、755和765以及几何形状提供资产标签140的位置估计180。通过首先估计阅读器701和阅读器702的位置，可估计资产标签140的位置。利用标识器标签120A和120B的位置、距离715和735以及几何计算能估计阅读器701的位置。同样也可估计阅读器701的位置。

位置模块170可估计资产标签140的位置，如下所示：(x₁,y₁)表示标识器标签120A的位置，(x₂,y₂)表示标识器标签120B的位置，r₁表示距离715，r₂表示距离735。能通过求解下列等式估计阅读器701的位置(a₁,b₁)：

(a₁-x₁)²+(b₁-y₁)²=r₁ ²,(a₁-x₂)²+(b₁-y₂)²=r₂ ²。

有两种可能的解法，分别对应以标识器标签120A和120B为中心的半径范围r₁和r₂的圆周交叉线。（如果圆周不交叉，则前述等式没有解法。）对应阅读器701的位置的所述解法可根据（例如）已知阅读器110在标识器标签120A和120B的哪侧确定。

位置模块可利用标识器标签120A和120B的位置、距离745和765以及类似的几何计算估计阅读器702的位置。随后，可利用阅读器701和702的位置估计、距离725和755和类似的几何计算估计资产标签140的位置估计180。利用几何方法也可估计的资产标签140、阅读器701和702的三维位置。

在各实施例中，自标识器标签120和/或资产标签140接收到的调制背散射信号的估计参数为接收阵列响应。在具有多径传播的环境下，位置模块170可利用接收阵列响应提供标识器标签120和/或资产标签140的位置估计180，也可利用多径环境的现有知识或模型。例如，如果多径环境主要由如图6所示的视距路径和地面反射组成，则ML或贝叶斯算法可用于通过考虑各路径相关的复增益估计阅读器110（例如，阅读器701和阅读器702）、标识器标签120和资产标签140的位置。

本文所述的实施例是本发明的例示。因为参照图描述所述实施例，具体元件或方法的不同改变或修改对所属领域的技术人员显而易见。基于本发明教义的所有此类改变、修改或变体，以及通过其所述教义得以在所属领域成为先进教义的改变、修改或变体，均视为属于本发明的精神和范围。因此，所述说明和附图不应视为具有限制性，正如本发明不应理解为仅限于所示实施例。

Claims (19)

1.利用调制背散射定位资产的方法，包括：

利用阅读器接收来自一个或多个标识器标签的调制背散射信号；

利用所述阅读器接收来自资产标签的调制背散射信号；

估计自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的参数；

估计自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的参数；

确定所述资产标签的位置估计，所述位置估计基于自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数和自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数；

其中自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数包括到达角；

其中自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数包括到达角；

其中自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数包括所述阅读器到所述一个或多个标识器标签的距离；

其中自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数包括所述阅读器到所述资产标签的距离。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括利用自所述资产标签接收到的根据调制背散射信号的信号强度估计所述距离。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定所述资产标签的运动方向。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

估计所述阅读器到所述资产标签的距离；

从位置数据库检索所述一个或多个标识器标签的位置；

基于所述阅读器到所述资产标签的估计距离、所述一个或多个标识器标签的所述位置、自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数和自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数确定所述位置估计。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述位置估计包括一个区域。

6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括利用发射波束成形阵列扫描所述区域的电磁信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其中自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数基于将接收到的信号强度作为所述扫描电磁信号的扫描角函数。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述阅读器包括接收波束成形阵列，所述阵列包括若干配置为接收来自所述一个或多个标识器标签的所述调制背散射信号和来自所述资产标签的所述调制背散射信号的天线。

9.根据权利要求8所述的方法，其中自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数为接收到的阵列响应。

10.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述位置估计包括将所述接收到的阵列响应代入聚类算法。

11.根据权利要求8所述的方法，其中估计自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的所述参数包括估计自各所述一个或多个标识器标签接收到的信号强度。

12.根据权利要求8所述的方法，其中估计自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的所述参数包括使用多信号分类（MUSIC）算法。

13.根据权利要求8所述的方法，其中估计自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的所述参数包括使用基于旋转恒定技术的信号参数估计（ESPRIT)）算法。

14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用所述确定的位置估计和自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数提供模拟标识器标签。

15.利用调制背散射定位资产的方法，包括：

估计阅读器处于第一位置时自若干标识器标签接收到的调制背散射信号的第一参数；

估计所述阅读器处于所述第一位置时自资产标签接收到的调制背散射信号的第二参数；

移动所述阅读器到第二位置；

估计所述阅读器处于所述第二位置时自所述若干标识器标签接收到的所述调制背散射信号的第三参数；

估计所述阅读器处于所述第二位置时自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的第四参数；

根据所述第一参数、所述第二参数、所述第三参数和所述第四参数估计所述资产标签的位置；

其中所述第一参数、所述第二参数、所述第三参数和所述第四参数为到达角；

其中所述第一参数、所述第二参数、所述第三参数和所述第四参数为距离。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括利用所述第一参数和所述第三参数估计所述阅读器的所述第一位置。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述阅读器包括接收波束成形阵列，所述阵列包括若干配置为接收来自所述一个或多个标识器标签的所述调制背散射信号和来自所述资产标签的所述调制背散射信号的天线，所述第一参数和所述第二参数为接收到的阵列响应。

18.根据权利要求17所述的方法，其中估计所述资产标签的所述位置包括使用多径传播环境模型。

19.利用调制背散射定位资产的系统，包括

用于接收来自一个或多个标识器标签的调制背散射信号的装置；

用于接收来自资产标签的调制背散射信号的装置；

用于估计自所述一个或多个标识器标签接收到的所述背散射信号的参数的装置；

用于估计自所述资产标签接收到的所述背散射信号的参数的装置；

用于确定所述资产标签的位置估计的装置，所述位置估计基于自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数和自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数；

其中自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数包括到达角；

其中自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数包括到达角；

其中自所述一个或多个标识器标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数包括所述阅读器到所述一个或多个标识器标签的距离；

其中自所述资产标签接收到的所述调制背散射信号的所述估计参数包括所述阅读器到所述资产标签的距离。

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