CN102360439A - 电子标签性能测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子标签性能测试方法。该方法包括：利用圆周运动模拟直线运动测试电子标签性能；结合速度修正因子，分析直线运动时多普勒频移对标签性能的影响。本发明电子标签性能测试方法能够在受限的地域进行高速直线运动状态下的标签性能测试，保证测试过程的安全性；同时采用速度修正因子，比较Doppler频移的理论值和实际测试结果，从而实现通过测试低速圆周运动状态下读写器对标签的识读率来模拟直线高速运动状态下Doppler效应对标签识读率性能的影响。

Description

电子标签性能测试方法

技术领域

本发明涉及电子行业射频技术领域，尤其涉及高速运动状态下电子标签性能测试方法。

背景技术

目前，射频标签的应用已经日益频繁，涉及到我们生活的方方面面和各行各业，电子标签的性能测试也变得很重要。除了电子标签常规的性能测试和一致性测试外，电子标签的应用测试，因为与电子标签的实际应用场景有关，需要特别地考虑。例如，高速直线运动状态下的电子标签性能测试。

以前进行电子标签直线高速测试时，需要实际修建一条直线导轨，电子标签在出发处，按照既定速度快速弹出模拟高速运动。这种方法有两个弊端：其一是场地需求大，对于100km/h时速的运动物体，1秒钟运行距离为27.7米，测试时间如果是10秒，就需要场地近300米(加上始点、终点的保护距离)；其二是安全性不可靠，高度运动物体的急停会发生物体脱离、飞溅的情况，对人员和设施造成伤害。

现有技术中出现了一种利用圆周运动模拟直线运动测试高速运动超高频电子标签性能的方法。其目的是用户可以采用一种安全、简便的方法测试高速运动状态下电子标签性能，避免了以前进行该类测试时的不安全性和不简便性，使得测试更为可靠。然而，申请人意识到现有技术存在如下技术缺陷：上述测试计算方法的准确性较差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述缺陷，本发明提供了一种高速运动状态下电子标签性能测试方法，以提高采用圆周运动模拟直线运动测试高速运动超高频电子标签性能方法中，测试计算方法的准确性较差的缺陷。

(二)技术方案

本发明提出一种电子标签性能测试方法。该方法包括：利用圆周运动模拟直线运动测试电子标签性能；结合速度修正因子，分析直线运动时多普勒频移对标签性能的影响。其中，速度修正因子是关于圆周运动时的圆周半径、圆周旋转角速度，直线运动时的电子标签运动速度、读写器天线的高度以及天线的工作范围5个因素的函数。

(三)有益效果

本发明电子标签性能测试方法具有下列有益效果：

1、能够满足在实验室范围受限的地域进行高速直线运动状态下的电子标签性能测试，保证测试过程的安全性；

2、采用修正因子，比较Doppler频移的理论值和实际测试结果，从而实现通过测试低速圆周运动状态下读写器对电子标签的识读率来模拟测试直线高速运动状态下Doppler效应对电子标签识读率性能的影响。

附图说明

图1为本发明电子标签性能测试方法中电子标签高速运动，由远到近通过读写器天线工作范围的实际应用场景说明图；

图2为本发明电子标签性能测试方法中利用圆周运动模拟直线运动测试高速运动超高频电子标签性能的模型示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明电子标签性能测试方法提供的电子标签高速运动，由远到近通过读写器的实际应用场景说明图。如图1所示，龙门架为放置读写器天线的结构，O点为天线放置位置，O’是O点地面垂线的垂足点。H为天线据地面的垂直高度。A点为电子标签能够与读写器天线正常进行RFID通信，距离龙门架的最远点，B点为电子标签能够与读写器天线正常进行RFID通信，距离龙门架的最近点，D为A点与O’之间的直线距离，d为A点与B点之间的直线距离，γ₁为直线OA与地面的夹角，V为电子标签直线高速运动时的速度。其中，

其中O′O即为天线高度，O′A为天线最远工作范围。实际应用时读写器接收器工作中心频率值f₀，读写器接收器接收频率允许误差Δf。

为实现以上目的，在本发明的一示例性实施例中，提供了一种电子标签性能测试方法，其包括以下步骤：

步骤A：利用圆周运动模拟直线运动；

图2为本发明电子标签性能测试方法利用圆周运动模拟直线运动测试高速运动超高频电子标签性能的模型示意图。如图2所示，在利用圆周运动模拟直线运动测试电子标签性能的步骤中，包括以下定义：圆周半径R，圆周运行角速度ω(需要说明的是，R、ω这两个参数是做测试时现有圆盘装置的自有特征参数，与直线运动速度V没有直接的关系)，O点为实际应用时读写器天线放置处，它与圆周最高端A点平齐。圆周圆心与O点连线交圆周于B点，α为OA与OB之间的夹角。

V_a为圆周A点的瞬时切线速度，V_a方向与安装在O点的天线发送的电磁波主瓣方向夹角为0度；V_b为圆周B点的瞬时切线速度，V_b方向与安装在O点的天线发送的电磁波主瓣方向夹角为90度。V_c为圆周C点的瞬时切线速度。T为圆周上任一点以角速度ω从A点旋转到B点所耗的时间。

步骤B：根据夹角α的值，可以计算出圆周上任一点以角速度ω从A点旋转到B点所耗的时间

设ΔT为实际应用中读写器发送Q命令的时间间隔，则时间T可以分解为

个时间间隔，其中[]为数学中的取整符号，记为T₁、T₂、……T_N；

步骤C：计算

其中，C为光速，β_i为第i个时间间隔点时刻圆周上A点与B点之间的一点(如C点)的切线运动方向与OC连线之间的夹角。在该点电子标签的运动方向为切线方向，而读写器与电子标签的通信电波方向为OC连线方向，β_i为瞬时电子标签运动方向与通信电波方向的夹角，则Δfⁱ为每一次读写器发送Q命令，由于Doppler效应而导致的读写器接收器接收频率发生偏移的数值。因为电子标签在圆周上从A转动B点，虽然切线速度值(＝Rω)未变化，但电子标签相对于读写器天线的位置在时刻改变，所以频移值是不一样的。

步骤D1：定义速度修正因子

其中，所述V为实际应用时的电子标签直线高速运动速度，参见图1，γ₁为直线高速运动时天线最远工作范围点(图1中的A点)与天线放置位置(图1中的O点)的连线(图1中的OA)与地面(图1中的O’A)的夹角，O’是O点地面垂线的垂足点；

其中O′O即为天线高度，O′A为天线最远工作范围。

V^*是基于这样一个现实：在圆周运动中是通过圆周切线速度来模拟高速直线速度。圆周切线速度等于角速度与圆周半径的乘积。要达到80km/h的速度，如果圆周半径为0.25米，那么圆周的转速约15转/秒；如果圆周半径为1米，那么圆周的转速约4转/秒。在实现中，圆周半径过大对圆周材料要求严，转速过快对驱动电机要求高。为避免这些弊端而引入速度修正因子。

步骤D2：定义时间修正因子T^*。

时间修正因子

参见图1，d为直线运动过程中，电子标签由远到近驶向龙门架过程中，进入读写器天线工作范围区(图1中的A点)和退出天线工作范围区(图1中的B点)之间的距离。

T^*是基于这样一个现实：在直线运动过程中，电子标签从进入读写器工作区到离开读写器工作区的时间t1；而在圆周运动过程中，电子标签从A点旋转到B点的时间t2(就是上面定义中的T)这两者有差别，从而造成电子标签在读写器天线工作范围里的暴露时间不一样，所以引入时间修正因子。

T^*为时间修正因子，V^*为速度修正因子，这两个修正因子结合实际直线运动场景得出。时间修正因子通过比较在直线运动状态下和圆周运动状态下读写器与电子标签之间能够发生正常通信的时间差别，采用重复测试，然后对多次测试的读写器对电子标签读取率结果取均值，从而保证模拟的直线运动状态下测试结果的正确性；速度修正因子通过比较直线运动状态下和圆周运动状态下读写器与电子标签之间相对速度的差别，通过修正读写器接收器接收频率允许误差Δf值，从而保证直线运动状态下每次测试中读写器对电子标签读取率的正确性。

步骤E：统计出N次中所有Δfⁱ＞Δf×V^*情况出现的总次数，记为M^*，该值表明电子标签在高速直线运动中，由于Doppler效应频率产生频移，移动值超过了读写器接收器允许的频率偏移量，读写器无法解析电子标签信号，导致无法读取电子标签信息，读写器对电子标签的识读率理论值可记为 $\mathrm{Ratio}=\frac{N-M^{*}}{N};$

步骤F：现场实际重复测试

次，[]为数学中的取整符号。每一次实际测试结果的识读率记为r₁，r₂.....r_k，取多次实际测试结果平均值

在实际测试中，电子标签的直线运动速度与模拟圆周运动中圆周边缘的切向速度相同。

步骤G：比较Ratio和

的值，如果

则表明此电子标签在直线上以速度V作高速运动时，其性能会因Doppler效应的影响而降低；反之，表明此电子标签在直线上以速度V作高速运动时，其性能不会因Doppler效应的影响而降低。

以下为本发明的一具体实施过程：圆周运动的角速度为10π弧度/秒，圆盘半径为25cm，旋转一圈的时间为

毫秒，设

则从图2的A点旋转到B点所需时间

毫秒(约八分之一个圆周)。实际应用中，龙门架高度为H＝100m，车速V＝100km/h。读写器天线工作范围最远处A点为300米，最近工作范围B点为50米。读写器接收器运行的工作频率为900Mhz，允许的频率误差Δf为10hz。

修正后的速度修正因子 $V^{*}=\frac{{V\cos \mathrm{\γ}}_1}{\mathrm{R\ω}}=\frac{\frac{100000}{3600}\×\frac{3}{\sqrt{10}}}{0.25*10\mathrm{\π}}\≈3.33,$ 时间修正因子 $T^{*}=\frac{d}{V}=\frac{250}{\frac{100000}{3600}}=0.9$ 秒。

读写器发送Q命令的时间间隔ΔT＝1毫秒，那么从A点运动到B点，读写器一共发送25次Q命令，计算

这时N＝25。 ${\mathrm{\β}}_i=\arcsin \left(\frac{\sin (\frac{\mathrm{\π}}{4}-\frac{\mathrm{\π}}{100}\×i)\×\sqrt{2}}{\sqrt{3-2\sqrt{2}\×\cos (\frac{\mathrm{\π}}{4}-\frac{\mathrm{\π}}{100}\×i)}}\right),i=\mathrm{1,2},...25,$ Δf×V^*＝10×3.33＝33.3hz，比较Δfⁱ＞Δf×V^*i＝1，2，…25，得出M^*＝9，则读写器对电子标签的识读率理论值可记为

则实际测试中，重复进行

次测试，假设实际每次测得的读写器识读率记为1.00、0.92、0.75、0.94、0.82、0.86、0.76、0.95、0.85、1.00、0.92、0.75、0.94、0.82、0.86、0.76、0.95、0.85、1.00、0.92、0.75、0.94、0.82、0.86、0.76、0.95、0.85、1.00、0.92、0.75、0.94、0.82、0.86、0.76、0.95、0.85。取实际测量结果的平均值

因为表明此电子标签在直线上以速度100km/h作高速运动时，其性能不会因Doppler效应的影响而降低。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子标签性能测试方法，其特征在于，包括：

利用圆周运动模拟直线运动测试电子标签性能；

结合速度修正因子，分析直线运动时多普勒频移对标签性能的影响。

2.根据权利要求1所述的电子标签性能测试方法，其特征在于，所述速度修正因子是关于圆周运动时的圆周半径、圆周旋转角速度，直线运动时的电子标签运动速度、读写器天线的高度以及天线的工作范围5个因素的函数。

3.根据权利要求2所述的电子标签性能测试方法，其特征在于，所述利用圆周运动模拟直线运动测试电子标签性能的步骤中，

所述圆周半径R，圆周运行角速度ω，电子标签位于所述圆周的边缘处，电子标签读写器天线位于圆周外的O点，O点与所述圆周最高端A点平齐，圆周圆心与O点连线交圆周于B点，α为OA与OB之间的夹角；

V_a为圆周A点的瞬时切线速度，V_a方向与安装在O点的电子标签读写器天线发送的电磁波主瓣方向夹角为0度；V_b为圆周B点的瞬时切线速度，V_b方向与安装在O点的天线发送的电磁波主瓣方向夹角为90度。

4.根据权利要求3述的电子标签性能测试方法，其特征在于，所述结合速度修正因子，分析直线运动时多普勒频移对电子标签性能的影响的步骤包括：

计算出圆周上任一点以角速度ω从A点旋转到B点所耗的时间T，并将所述时间T分解成N个时间间隔；

计算所述速度修正因子V^*；计算由于Doppler效应而导致的读写器接收器接收频率发生偏移的数值Δfⁱ；

统计N个时间间隔中Δfⁱ＞Δf×V^*情况出现的总次数，记为M^*，则读写器对电子标签的理论识读率为

Δf为读写器接收器接收频率允许误差；

实际测试读写器对电子标签的误读率

其中电子标签直线运动的速度与模拟圆周运动中圆周边缘的切向速度相同；

如果

则表明此电子标签以速度V作直线运动时，所述电子标签性能会因Doppler效应的影响而降低；反之，表明其性能不会因Doppler效应的影响而降低。

5.根据权利要求4所述的电子标签性能测试方法，其特征在于，所述将时间T分解成N个时间间隔的步骤包括：

设ΔT为读写器发送Q命令的时间间隔，则将所述时间T分解为

个时间间隔，记为T₁、T₂、……T_N，其中

[]为取整符号。

6.根据权利要求5所述的电子标签性能测试方法，其特征在于，所述计算速度修正因子V*的步骤中：

其中，所述V为电子标签直线运动时的速度，γ₁为电子标签直线运动时天线最远工作范围点与天线放置位置的连线与地面的夹角。

7.根据权利要求6所述的电子标签性能测试方法，其特征在于，所述计算由于Doppler效应而导致的读写器接收器接收频率发生偏移的数值Δfⁱ的步骤中：

${\mathrm{\Δf}}^i={2f}_0\frac{{\mathrm{R\ω}\cos \mathrm{\β}}_i}{C},i=\mathrm{1,2},...N,$

其中，C为光速，β_i为第i个时间间隔点时刻圆周上A点与B点之间的C点的切线运动方向与OC连线之间的夹角，f₀为读写器接收器工作中心频率值。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的电子标签性能测试方法，其特征在于，

所述现场实际测试误读率

的步骤之前还包括：计算时间修正因子T^*；

所述现场进行直线运动测试，获取误读率

的步骤具体包括：现场重复进行直线运动测试至少

次，其中[]为数学中的取整符号；每一次直线运动测试结果的识读率记为r₁，r₂.....r_k，取k次直线运动测试结果的平均值

作为误读率

9.根据权利要求8所述的电子标签性能测试方法，其特征在于，所述时间修正因子T^*是关于直线运动时的电子标签运动速度、读写器天线的工作范围以及圆周运动时的圆周旋转角速度3个因素的函数。

10.根据权利要求8所述的电子标签性能测试方法，其特征在于，所述时间修正因子

其中d为电子标签直线运动时，由远到近驶向龙门架过程中，进入读写器天线工作范围区和退出天线工作范围区之间的距离。

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