CN102494683A - 一种基于rfid的联合定位装置及方法 - Google Patents

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一种基于RFID的联合定位装置，所述装置包括，RFID标签阅读单元、传感器单元以及中心处理单元；所述RFID标签阅读单元用于读取RFID标签中所存储的位置信息；所述传感器单元包括陀螺仪传感器单元和加速度计传感器单元；所述中心处理单元控制所述RFID标签阅读单元和所述传感器单元，根据所述RFID标签阅读单元和所述传感器单元的输出结果来输出位置信息。本发明不依赖良好的导航卫星信号或者高密度基站来定位。

Description

一种基于RFID的联合定位装置及方法
技术领域
本发明涉及一种基于RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)的联合定位装置及方法。
背景技术
随着各行各业对定位服务需求的增加，定位服务的环境越来越复杂，有的定位环境导航卫星信号无法到达，导致定位效果极差。
目前的室外定位系统过渡依赖于良好的导航卫星信号，使得其应用效果受到环境的巨大限制，比如在隧道中或者地下铁路，导航卫星信号中断，终端设备便无法实时定位。而单纯的基站定位方式，需要在城市等基站密布的环境中才有效果，而且一般情况下定位误差达到100米，其在定位应用中效果极差。
室内定位技术主要包括红外线、超声波、无线局域网以及射频识别。其中，射频识别通过构建RFID无线网络，利用无线信号强度随传播距离增长而衰减的特性，用阅读器接收并比较各标签的无线信号强度来对目标标签的位置进行判定。但是，室内定位缺少连续性，无法和室外定位构成一个整体。
因此，克服环境限制，提高定位精度，如何使得终端在任何情况下都可以得到和有良好导航卫星信号情况下一样的定位效果，确保低误差的定位导航结果，使得定位不再依赖导航卫星和基站，就显得非常重要了。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于RFID无线通信技术的联合定位装置和方法。
本发明是这样实现的：一种基于RFID的联合定位装置，所述装置包括，RFID标签阅读单元、传感器单元以及中心处理单元；所述RFID标签阅读单元用于读取RFID标签中所存储的位置信息；所述传感器单元包括陀螺仪传感器单元和加速度计传感器单元；所述中心处理单元控制所述RFID标签阅读单元和所述传感器单元，根据所述RFID标签阅读单元和所述传感器单元的输出结果来输出位置信息。
更进一步，所述装置还包括，导航卫星定位单元。
更进一步，所述RFID标签中还存储有识别码。
更进一步，所述中心处理单元从所述RFID标签阅读单元获取相关信息,如果RFID定位模式有效，则进入RFID定位模式，否则，进入传感器定位模式。
更进一步，如果进入传感器定位模式，所述中心处理单元根据所述传感器单元的相对位移轨迹以及上一次确定的位置信息，估算当前实时的位置信息。
更进一步，如果进入传感器定位模式且运行超过一定距离，所述中心处理单元启动所述导航卫星定位单元,进入导航卫星定位模式。
更进一步，所述导航卫星定位单元为北斗卫星定位单元。
本发明还提供一种利用上述装置进行定位的方法，所述方法包括，RFID标签定位步骤，从所述RFID标签阅读单元获取位置信息，输出所述位置信息；传感器定位步骤，如果RFID标签定位步骤不能获取位置信息，系统根据所述传感器单元的相对位移轨迹以及上一次确定的位置信息，估算当前实时的位置信息。
更进一步，RFID有效性判断步骤，通过读取所述RFID标签中存储的识别码来判断标签是否有效。
更进一步，所述方法还包括，如果进入传感器定位模式，所述中心处理单元根据所述传感器单元的相对位移轨迹以及上一次确定的位置信息，估算当前实时的位置信息。
更进一步，所述方法还包括，如果进入传感器定位模式且运行超过一定距离，所述中心处理单元启动所述导航卫星定位单元，进入导航卫星定位模式。 
采用本发明的技术方案后，通过使用RFID无线通信技术、传感器单元和导航卫星技术，提供了一种基于RFID、传感器单元和导航卫星技术的联合定位方法，去除了完全依赖良好导航卫星信号或者高密度基站来定位的局限性。由于RFID标签成本低廉，因此具有很好的可实现性。
附图说明
图1是本发明的用户设备结构图；
图2是本发明的定位原理示意图；
图3是本发明的自动模式选择的流程示意图；
图4是本发明的RFID定位模式工作流程图；
图5是本发明的传感器定位模式工作流程图；
图6是本发明的传感器定位算法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1给出了本发明的用户设备的结构图。如图1所示，RFID标签阅读单元1001，用户设备内置了RFID标签阅读器，用于读取RFID标签的内容以及确认信息的有效性。
传感器单元1002，传感器定位模式下，实时输出设备的方向、加速度等信息，以数字的形式提供给处理中心进行处理。
中心处理单元1003，RFID定位模式时，将RFID给出的位置坐标信息通过外部接口发送出去；传感器定位模式时，处理中心计算出实时的轨迹后加上上一时刻的位置坐标信息得到最新的位置坐标信息后通过外部接口发送出去。
北斗卫星定位单元1004，通过命令启动，在导航定位卫星信号良好的情况下，将定位结果送给处理中心，为传感器定位模式的结果提供坐标修正。
外部接口1005，提供处理中心和外部的信息传送途径，外部接口可以是UART，SPI，IIC，USB等广泛应用的外部设备接口。
图2是本发明的定位原理示意图。如图2所示，A点，当用户设备启动后，用户设备会自动进入RFID定位模式并尝试读取当前环境中的RFID标签内置的位置坐标信息，如果得到返回的有效位置坐标信息，则用这个信息来定位。
在用户设备从A点移动到B点的过程中，设备因无法获取有效的RFID位置坐标信息而转入传感器定位模式，传感器单元内置的陀螺仪和加速度计输出的数据会送给设备的处理中心，处理中心将这些实时数据经过融合计算后得出设备运动轨迹，再加上上一时刻的位置坐标信息就可以得出当前准确的实时位置坐标信息。
当用户设备移动到达B点时，设备自动转入RFID定位模式并读到B点RFID标签中的位置坐标信息，并用读到的精确信息来校正自己的定位位置。
在用户设备从B点移动到C点的过程中，设备同样因无法获取有效的RFID标签位置坐标信息而转入传感器定位模式，利用传感器单元进行定位。在这个过程中，如果设备移动1.5km后仍然无法获取有效的RFID标签位置信息，则处理中心启动北斗卫星定位单元，北斗卫星定位单元自动判断当前是否有4颗以上的强信号卫星，如果有，则用卫星信号定位后反馈给处理中心，并转入等待状态，如果没有，则继续搜寻卫星。
处理中心会每移动1.5km便通过北斗卫星定位定位结果修正传感器单元定位数据，直至D点。
图3给出了本发明的自动模式选择的流程示意图。如图3所示，步骤3001，设备启动。步骤3002，设备启动后，开始发送读RFID请求，并等待响应。步骤3003，判断是否有效响应，如果是，则转入步骤3004，RFID定位模式，如果否，则转入步骤3005，进入传感器定位模式。在任何一种模式下完成步骤3006定位，然后返回步骤3002。
图4给出了本发明的RFID定位模式工作流程图。如图4所示，RFID标签由耦合元件及芯片组成，每个标签带有统一的识别码和唯一的位置坐标信息，用户设备通过识别码来判断标签信息是否有效。标签从用户设备发出的电磁场中获得工作的能量，当有用户设备靠近时，RFID标签便可以工作，在接收到读指令后，RFID标签会将识别码和位置坐标信息一起发送给用户设备。
首先，步骤4001，用户设备会发送读RFID标签的请求信号。
步骤4002，设备通过RFID返回的识别码，判断返回信息的有效性，如果识别码正确，则返回信息有效，否则返回信息无效。
步骤4003，判断返回信息有效，读取RFID标签携带的位置坐标信息。
步骤4004，将读到的坐标信息返回给处理中心。
图5给出了本发明的传感器定位模式工作流程图。如图5所示，5001，用户设备进入传感器定位模式。
步骤5002，处理中心通过标志位判断是否已启动北斗卫星定位单元。
步骤5003，北斗卫星定位单元未启动，检测设备累计移动距离是否已超过1.5km。
步骤5004，设备累计移动距离已超过1.5km，处理中心启动北斗卫星定位单元。
步骤5005，北斗卫星定位单元已经启动，则判断北斗卫星定位单元是否有准确的定位输出。北斗卫星定位单元在启动后，会自动判断是否有4颗以上的强信号卫星，如果有，则定位并实时输出定位结果。
步骤5006，如果北斗卫星定位单元未启动，或者北斗卫星定位单元已启动但还没有准确的定位输出，则继续使用传感器单元进行定位。
步骤5007，如果北斗卫星定位单元有准确输出，则使用北斗卫星定位定位结果得出相对位移轨迹，否则使用传感器单元结果得出相对位移轨迹。
图6给出了本发明的传感器定位算法流程图。如图6所示，6001，进入传感器定位模式。
步骤6002，处理中心采样传感器单元送出的水平加速度信息，由于处理时间很短，加速度认为是短时间不变，标记为a。
步骤6003，假设上一时刻速度为v0，则当前实时速度为：v=v0+at，水平移动距离为：s=v0t+at2/2
步骤6004，对计算的结果进行Kalman滤波。
步骤6005，处理中心计算得出速度、距离并采样方向矢量信息。
步骤6006，处理中心得出设备的相对位移轨迹，加上原有的位置坐标信息，就可以得出当前实时的位置坐标信息。
本发明中的北斗卫星定位单元同样也适用包括GPS导航系统在内的双模、多模混合卫星定位单元。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于RFID的联合定位装置，其特征在于，所述装置包括，RFID标签阅读单元、传感器单元以及中心处理单元；所述RFID标签阅读单元用于读取RFID标签中所存储的位置信息；所述传感器单元包括陀螺仪传感器单元和加速度计传感器单元；所述中心处理单元控制所述RFID标签阅读单元和所述传感器单元，根据所述RFID标签阅读单元和所述传感器单元的输出结果来输出位置信息。
2.如权利要求1所述的联合定位装置，其特征在于，所述装置还包括，导航卫星定位单元。
3.如权利要求1所述的联合定位装置，其特征在于，所述RFID标签中还存储有识别码。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的联合定位装置，其特征在于，所述中心处理单元从所述RFID标签阅读单元获取相关信息,如果RFID定位模式有效，则进入RFID定位模式，否则，进入传感器定位模式。
5.如权利要求4所述的联合定位装置，其特征在于，如果进入传感器定位模式，所述中心处理单元根据所述传感器单元的相对位移轨迹以及上一次确定的位置信息，估算当前实时的位置信息。
6.如权利要求5所述的联合定位装置，其特征在于，如果进入传感器定位模式且运行超过一定距离，所述中心处理单元启动所述导航卫星定位单元,进入导航卫星定位模式。
7.如权利要求6所述的联合定位装置，其特征在于，所述导航卫星定位单元为北斗卫星定位单元。
8.一种利用权利要求1所述的联合定位装置进行定位的方法，其特征在于，所述方法包括，
RFID标签定位步骤，从所述RFID标签阅读单元获取位置信息，输出所述位置信息；
传感器定位步骤，如果RFID标签定位步骤不能获取位置信息，系统根据所述传感器单元的相对位移轨迹以及上一次确定的位置信息，估算当前实时的位置信息。
9.如权利要求8所述的定位方法，其特征在于，所述方法还包括，RFID有效性判断步骤，通过读取所述RFID标签中存储的识别码来判断标签是否有效。
10.如权利要求8至9中任意一项所述的定位方法，其特征在于，所述方法还包括，如果进入传感器定位模式，所述中心处理单元根据所述传感器单元的相对位移轨迹以及上一次确定的位置信息，估算当前实时的位置信息。
11.如权利要求10所述的定位方法，其特征在于，所述方法还包括，如果进入传感器定位模式且运行超过一定距离，所述中心处理单元启动所述导航卫星定位单元，进入导航卫星定位模式。
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