CN102520388A - 一种利用相控阵原理并结合rssi测距的定位装置 - Google Patents

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胡焙剑
吴龙
张世林
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Abstract

本发明公开了一种利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置，其涉及超高频射频识别技术领域，特别是涉及一种利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置。所述利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置包括阅读器、与阅读器对应的无源电子标签和一组阵列天线，阅读器包括数字基带电路、发射端和接收端。本发明主要通过相控阵天线确定阅读器与待定位标签的方向角，再利用阅读器读取标签反射的场强值，映射出阅读器与标签之间的距离，通过算法的运算即可获得电子标签的位置。可用于开放场地或室内环境下对目标进行追踪定位。本发明由于引入了相控阵列天线，在提高天线增益的同时，既能提高辐射距离，同时也增大了辐射的范围。该定位装置具有系统简单且定位范围大的优点。

Description

一种利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置
技术领域
本发明涉及超高频射频识别技术领域，特别是涉及一种利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置。
背景技术
射频识别技术(Radio Frequency Identification，简称RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它能够进行双向的数据传输以达到识别和定位的目的。工作在超高频段的射频识别技术可以进行远距离、非视距的识别，并且识别过程无需人工操作，过程快捷方便。一般而言，超高频的射频识别技术识别距离可达到几十米以上，并且可以在几毫秒之内得到厘米级定位精度的信息，且传输范围很大，成本较低。同时，RFID标签具有防水防磁、耐高温、寿命长、识别距离大等特点，另外，无源RFID标签具有无需外部供电的特点。由于射频识别技术具有上述优点，可望成为优选的室内定位技术。
一个完整的RFID系统一般来说由以下几部分组成：阅读器(Reader)、天线和电子标签(Tag)。RFID系统的工作原理是阅读器发射特定频率的无线电波能量给标签，标签接收到射频信号后，经过一系列的数据处理与命令执行过程，将自身内部的数据发射回阅读器，然后阅读器便依照一定的次序接收并解读数据，完成对标签的识别和定位。
目前射频识别定位技术使用的定位方法依据包括入射信号的强度值、角度值和时间差等。通过信号到达时间定位，是一种利用处理器记录信号从标签发送到阅读器接收到的时间，然后乘以信号的传播速度来计算标签与阅读器的距离，进而确定标签位置的方法。但是这种方法成本较高，主要是用在大范围的定位，并不适合于空间狭小环境复杂的室内定位。使用信号角度值进行定位的原理是通过相邻天线接收到的信号的相位差计算信号的入射角度。一般来说，这种方法需要使用天线阵列进行角度信息的获取。但是这种方法如果想确定标签的二维坐标位置，至少需要两个天线阵列，硬件开销较大。基于接收信号的强度值的定位方法需要阅读器提供接收到的射频标签信号的强度值作为定位依据，即建立信号强度值同传播距离的映射关系，就可以通过测量阅读器接收到的射频信号的场强值计算阅读器与标签之间的距离，进而确定标签的位置。但是这种方法如果想确定标签的二维坐标位置，至少需要三个阅读器。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对上述定位方法的优缺点，提供一种新的定位装置，利用相控阵天线原理获取信号的入射角度，同时利用接收的强度值映射出阅读器与标签距离，我们只需要一个阅读器、一组相控阵天线就能与待定位的标签组成一种RFID定位装置。
为此，本发明提供了一种利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置，所述利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置包括阅读器、与阅读器对应的无源电子标签和一组阵列天线，所述阅读器包括数字基带电路、发射端和接收端。
优选的，所述阅读器的发射端包括数模转换器(DAC)、上变频器、移相器、功率放大器和天线。
优选的，所述阅读器的接收端包括天线、低噪声放大器、移相器、下变频器和模数转换器(ADC)。
优选的，所述阅读器的型号是INTEL R1000。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有的定位装置相比，本发明具有以下技术效果：
1.不需要使用测量相位差装置，只使用相位差换算，降低设备复杂度，测量相位差没有额外的硬件开销。
2.用一组阅读器可以实现即可实现RSSI(Received Signal StrengthIndicator，接收信号的强度指示)测距和测角，省去一组测角的阅读器，既节省成本，又利于定位装置的普及实现。
3.通过增大天线的增益可以实现信号增强，增大信号的辐射距离，而且由于实行波束控制，信号的辐射范围并没有减小，该装置既可用于定位又能用于信号增强。
附图说明
图1为本发明提供的一种利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置的电路原理图。
图2为本发明提供的一种利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置的原理图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
一种利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置，所述利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置包括阅读器、与阅读器对应的无源电子标签和一组阵列天线，所述阅读器包括数字基带电路、发射端和接收端。
优选的，所述阅读器的发射端包括数模转换器(DAC)、上变频器、移相器、功率放大器和天线。
优选的，所述阅读器的接收端包括天线、低噪声放大器、移相器、下变频器和模数转换器(ADC)。
优选的，所述阅读器的型号是INTEL R1000。
阅读器通过数字基带电路进行天线阵列的移相，完成方位角与移相角的映射，确定发送信号的方向波束角；另外，阅读器还需要读取标签发射回来的场强值，该场强主要是用于确定阅读器与待定位标签的距离。阅读器通过数字基带电路的控制产生所需要的命令信号，该信号经过DAC、上变频器之后，移相器进行相位的改变，相位的变化体现在天线发送端波束方向角的变化。即控制每个单元相位值就可以实现波束指向的控制，从而确定阅读器与标签之间的方向角(α)。阅读器的接收端则是对标签返回信息的捕获，获取标签发射回来的场强值。阅读器把获得的场强值经过ADC的转换成数字量，并送至数字基带电路进行处理，通过对该RSSI值拟合、映射之后得到阅读器与标签之间的距离(S)。这种通过相控阵天线测量方向角(α)并结合RSSI测距(S)的定位方法只需要进行简单的数学运算就能锁定待定位标签的具体坐标。同时，通过使用高增益的阅读器天线，即可增强天线的方向性，使得RFID系统的信号辐射距离更远，而且由于相控阵天线波束方向可控，RFID系统的信号辐射范围并没有减少，反而增大了。
本发明不需要使用测量相位差装置，只使用相位差换算，降低设备复杂度，测量相位差没有额外的硬件开销；用一组阅读器可以实现即可实现RSSI测距和测角，省去一组测角的阅读器，既节省成本，又利于定位装置的普及实现；通过增大天线的增益可以实现信号增强，增大信号的辐射距离，而且由于实行波束控制，信号的辐射范围并没有减小，该装置既可用于定位又能用于信号增强。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置，其特征在于：所述利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置包括阅读器、与阅读器对应的无源电子标签和一组阵列天线，所述阅读器包括数字基带电路、发射端和接收端。
2.根据权利要求1所述的一种利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置，其特征在于：所述阅读器的发射端包括数模转换器(DAC)、上变频器、移相器、功率放大器和天线。
3.根据权利要求1所述的一种利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置，其特征在于：所述阅读器的接收端包括天线、低噪声放大器、移相器、下变频器和模数转换器(ADC)。
4.根据权利要求1所述的一种利用相控阵原理并结合RSSI测距的定位装置，其特征在于：所述阅读器的型号是INTEL R1000。
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