CN103034886A - 一种有源远程射频标签定位识别装置及方法 - Google Patents

一种有源远程射频标签定位识别装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种有源远程射频标签定位识别装置及方法，本发明是基于2.4G远距离有源射频标签的无线电信号在空间的衰落和传输特性，并采用了方位估算算法，当一个陌生标签进入识别区内时，矢量读卡器发出广播命令后，各个从标签分别对广播的信息作为回应，标签将信息发出后，矢量读卡器的两个天线分别接收到这个信息后，通过信息的幅度和相位来大体估算出所发信息的标签位置，从而确定未知标签的具体信息。本发明具有无须接触，距离远，可靠性高等诸多特点。

Description

一种有源远程射频标签定位识别装置及方法
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种标签定位识别装置及方法。
背景技术
随着社会的不断进步与发展，物流仓储行业越来越新兴与发达，随着货物的不断增加品种的不断更新使得对其管理越来越复杂多样，为了能够实现简单高效的仓储物流，特意为相应的物品添加了能够证明“身份”的标签，常用的标签具有射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备。
而对陌生标签进行登记备案时，需要采用条形码扫描器对其一维或者二维条形码进行扫描登记或者采用低频段近距离射频卡进行登记入库，条形码扫描器与射频卡的作用范围有限，而且需要人工辅助进行扫描入库，只有在近距离范围内才能有效的读取所需要的条形码信息，一旦条形码或者射频标签被遮挡后便无法进行可靠的信息读取与登记。
发明内容
针对目前常用的一维/二维条形码标签与低频段近距离射频卡存在读写距离近而且容易被遮挡特点，本发明提供了一种有源远程射频标签定位识别装置及方法。
 本发明采用以下技术方案：包括矢量读卡器和有源2.4G射频标签，矢量读卡器的波长为λ，矢量读卡器设有两个天线：天线201和天线202，两个天线的间距为0.25λ。 
一种有源远程射频标签定位识别方法，采用以下步骤：
首先，当陌生标签进入识别区内时，矢量读卡器发出广播命令；
其次，各个陌生标签分别对广播命令作出回应；
再次，矢量读卡器的两个天线分别接收到所述信息后，根据自由空间损耗公式：
空间损耗                                                
Figure 2012105076883100002DEST_PATH_IMAGE001
；F为频率，单位：MHz；D为距离，单位：Km；
利用上述公式，再由两个天线收到信号功率的加权平均值，可以估算出标签X距离读卡器的距离；
最后，设矢量读卡器所收到的两路信号时间差为 ，标签X与读卡器天线201距离为R201与天线202距离为R202。并且两路天线间距为0.25λ，由此可得：
Figure 354580DEST_PATH_IMAGE002
  为电磁波在空气介质中的速度，
标签X相对矢量读卡器的距离远大于矢量读卡器两个天线的距离，因此可以视为远场条件，电磁波入射到矢量读卡器的两个天线端都相当于垂直入射，这样入射角
Figure 126227DEST_PATH_IMAGE004
便可由三角函数公式可得：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
通过两个天线接收同一个标签的所发出信号的相位信息来计算陌生标签的方位角。
这样未知标签X的距离D与方向角
Figure 14549DEST_PATH_IMAGE004
的信息就都可以估算出来，再与仓库的实际摆放位置所对应后便可以确定未知标签X的物品信息内容。
优选的，当读卡器接收到外部操作指令时，矢量读卡器单独通过天线201发出广播指令，广播指令所有标签均可以接收到，而且需要随机延迟一段时间后做出相应响应。可以防止标签互相之间的干扰。
本发明利用2.4G远距离有源射频标签的无线电信号在空间的衰落和传输特性，电磁波在空间传输的过程中场强会随着距离的增加而减小，利用这一点特性可以估算出不同场强下收发双方的相对距离，如果接收端采用多根接收天线，这样就可以通过电磁波来波的信号方向来确定陌生标签的方位信息，综合以上两方面来实现对陌生射频标签的定位。
本发明较以往的条形码与低频近距离标签有诸多优势，首先由于采用了有源2.4G射频标签使得通信距离大大增加，可靠通信距离可以在100米以上，即使有物体遮挡的情况下通信距离也可以保证。其次由于采用了方位估算的方式来实现陌生标签的识别和登记，对陌生标签的识别变得非常容易，无需移动读卡器便可自动完成陌生标签的识别工作。最后2.4G的频段较高对，实现这个频段的器件和功耗都很小，从而使得读卡器与标签体积可以进一步缩小，易于集成等诸多优势。
本发明的有益效果是：本发明采用2.4GHz远距离有源射频标签技术来实现了远程多标签的识别与入库等操作，完成了所需要读取标签的信息与所搭载物品的登记入库操作，本发明具有无须接触，距离远，可靠性高等诸多特点。
附图说明
下面参考附图结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，
图1为本发明实施例的系统框图，
图2为远场标签信号入射到矢量读卡器。
具体实施方式
由图1所示，一种有源远程射频标签定位识别装置，包括矢量读卡器、天线（天线距离为读卡器波长的四分之一）、数量独立的n个有源标签。
当读卡器接收到外部操作指令时，矢量读卡器单独通过天线201发出广播指令，广播指令所有标签均可以接收到，而且需要随机延迟一段时间后做出相应响应，以防止标签互相之间的干扰。
例如未知标签X接收到了来自矢量读卡器的广播信息后，标签X对广播信息解码后判断无误随即产生一个随机的延时时间
Figure 834737DEST_PATH_IMAGE006
，当延时
Figure 187221DEST_PATH_IMAGE006
时间后标签X发送应答信息。发送完应答信息后矢量读卡器的天线201与天线202随即就会接收到两路独立的信号T201与T202，这两路信号虽然信息是完全相同的，但是信号的幅度与相位却与未知标签X的位置有关。
根据电磁波在自由空间的损耗公式可知，自由空间损耗描述了电磁波在空气中传播时候的能量损耗，电磁波在穿透任何介质的时候都会有损耗。
自由空间损耗公式：空间损耗；
F为频率，单位：MHz；D为距离，单位：Km；
利用上述公式，再由两个天线收到信号功率的加权平均值，可以估算出标签X距离读卡器的距离。
设矢量读卡器所收到的两路信号时间差为
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，标签X与读卡器天线201距离为R201与天线202距离为R202。并且两路天线间距为0.25λ，由此可得：
Figure 443070DEST_PATH_IMAGE002
Figure 863687DEST_PATH_IMAGE003
为电磁波在空气介质中的速度。
标签X相对矢量读卡器的距离远大于矢量读卡器两个天线的距离，因此可以视为远场条件，如图2所示，电磁波入射到矢量读卡器的两个天线端都相当于垂直入射，这样入射角
Figure 273940DEST_PATH_IMAGE004
便可由三角函数公式可得：
Figure 387390DEST_PATH_IMAGE005
这样未知标签X的距离D与方向角的信息就都可以估算出来，再与仓库的实际摆放位置所对应后便可以确定未知标签X的物品信息内容。

Claims (3)

1.一种有源远程射频标签定位识别装置，其特征在于：包括矢量读卡器和有源2.4G射频标签，矢量读卡器的波长为λ，矢量读卡器设有两个天线：天线201和天线202，两个天线的间距为0.25λ。
2. 一种有源远程射频标签定位识别方法，其特征在于：采用以下步骤：
首先，当陌生标签进入识别区内时，矢量读卡器发出广播命令；
其次，各个陌生标签分别对广播命令作出回应；
再次，矢量读卡器的两个天线分别接收到所述信息后，根据自由空间损耗公式：空间损耗                                                
Figure 963009DEST_PATH_IMAGE001
，
F为频率，单位：MHz；D为距离，单位：Km，
利用上述公式，再由两个天线收到信号功率的加权平均值，可以估算出标签X距离读卡器的距离；
最后，设矢量读卡器所收到的两路信号时间差为 ，标签X与读卡器天线201距离为R201与天线202距离为R202，
并且两路天线间距为0.25λ，由此可得：
Figure 694205DEST_PATH_IMAGE002
   
Figure 687569DEST_PATH_IMAGE003
为电磁波在空气介质中的速度，
标签X相对矢量读卡器的距离远大于矢量读卡器两个天线的距离，因此可以视为远场条件，电磁波入射到矢量读卡器的两个天线端都相当于垂直入射，这样入射角
Figure 441898DEST_PATH_IMAGE004
便可由三角函数公式可得：
Figure 54276DEST_PATH_IMAGE005
通过两个天线接收同一个标签的所发出信号的相位信息来计算陌生标签的方位角。
3.根据权利要求2所述的一种有源远程射频标签定位识别方法，其特征在于：当读卡器接收到外部操作指令时，矢量读卡器单独通过天线201发出广播指令，广播指令所有标签均可以接收到，而且需要随机延迟一段时间后做出相应响应。
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