CN103278797A - 主动式射频辨识坐标的定位系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种主动式射频辨识坐标的定位系统及其方法，其通过多个射频辨识读取器接收特定强度范围的射频信号，并根据所接收的射频信号的信号强度，进行多次定位或者定位范围的判断修正后，能够精确对主动式射频辨识坐标的所在位置进行定位，达到提高定位精确度的功效。

Description

主动式射频辨识坐标的定位系统及其方法

【技术领域】

本发明有关于一种射频定位系统，特别关于一种主动式射频辨识坐标的定位系统及其方法。

【背景技术】

射频辨识(RadioFrequencyIdentification；RFID)有两个基本元件--射频辨识坐标(tag)及射频辨识读取器(reader)。其中，射频辨识标签内具有集成电路(IntegratedCircuit，IC)，这些集成电路可以用来处理并调变射频信号。射频辨识标签根据是否具有独立电源则又可划分为主动式及被动式，主动式射频辨识标签内具有独立电源，可以通过独立电源供应集成电路所需要的电力，而被动式射频辨识标签则是通过电磁感应的方式产生感应电流，使得集成电路得以运作。因此当主动式射频辨识读取器接收到射频信号时，便可以根据射频信号的信号强度(RadioSignalStrengthIndicator，RSSI)的变化，对射频辨识标签与射频辨识读取器之间的距离进行预测，基于此种特性，主动式射频辨识标签经常被使用在定位上。

三角定位法常用来对信号源所在位置进行定位。所谓的三角定位法，如图1所示，是通过至少三个射频辨识读取器101～103追踪同一信号源104a的信号强度。然后，计算信号源104a与各射频辨识读取器101～103的可能距离105～107。并以接收到信号源104a的射频辨识读取器101～103为圆心，计算各射频辨识读取器101～103所展开的信号源104a可能范围的重迭区块108。所得到的重迭区块108即为信号源104a的可能位置。三角定位法基本上是采取一次性的定位方式，来对信号源的所在位置进行定位。

三角定位法以往也应用于主动式射频辨识标签的定位上。但由于室内定位信号强度容易产生变动，若直接以所接收到的信号强度进行可能位置预测所计算出的重迭区块108，便可能产生较大的距离偏差。如图2所示，假设信号源104b与射频辨识读取器101之间具有障碍物109。此时射频辨识读取器101接收的信号强度可能较弱，而容易误判信号源104b与射频辨识读取器101之间的距离105较实际距离110远。若此种情况同时发生在其它射频辨识读取器(如：102及103)，则直接以各射频辨识读取器101～103接收到的信号强度进行一次性的定位；所得到的可能范围108便可能偏离信号源104b的实际位置。

因此，综上所述，可知以往通过射频辨识读取器所接收的射频信号的信号强度进行室内定位时，由于室内信号强度易产生变动，因此直接以信号强度进行一次定位易产生定位不精确问题。

【发明内容】

鉴于现有技术一次性定位的现况，本发明目的在于提供一种主动式射频辨识坐标的定位系统及其方法，可以用来解决现有技术的问题。

于本发明所揭露的一实施态样的主动式射频辨识坐标的定位系统，适用于利用一个以上射频辨识读取器，对具有主动式射频辨识坐标的目标物体的所在位置进行定位，该定位系统包含：接收模块，用以接收射频辨识读取器分别接收自主动式射频辨识坐标的射频信号，并计算出各该射频信号所对应的信号强度；比较模块，用以比较射频信号所对应的信号强度，计算出信号强度最大的该射频信号所对应的该射频辨识读取器所在位置所需的一逼近向量；设定模块，用以初始化以射频辨识读取器所在位置的几何中心为第一坐标作为定位位置；并于确认信号强度最大的射频辨识读取器时，依据该逼近向量将定位位置自该第一坐标逼近至一第二坐标，并于完成逼近后将第二坐标定位位置重新设定给第一坐标；及输出模块，用以输出重新设定后的第一坐标的所在位置作为目标物体的定位位置；其中，当接收模块持续接收到射频信号，且未达到终止条件时，比较模块、设定模块及输出模块将持续运作，以输出表示目标物体的定位位置。

于本发明所揭露的一实施态样的主动式射频辨识标签的定位方法，适用于利用一个以上射频辨识读取器，对具有主动式射频辨识坐标的目标物体的所在位置进行定位，该方法包含下列步骤：初始化以射频辨识读取器所在位置的几何中心设定为第一坐标作为定位位置；当射频辨识读取器持续接收到主动式射频辨识标签所发出的射频信号时，重复执行下列步骤：接收射频辨识读取器所接收到的主动式射频辨识标签所发出的射频信号，并计算出各该射频信号所对应的信号强度；比较射频信号的信号强度；选出信号强度最大的射频信号所对应的射频辨识读取器，计算出信号强度最大的该射频信号所对应的该射频辨识读取器所在位置所需的一逼近向量；依据该逼近向量将定位位置自该第一坐标逼近至一第二坐标；及将第二坐标定位位置重新设定给第一坐标；及输出重新设定后的第一坐标的所在位置作为目标物体的定位位置。

相较于现有技术，本发明所提供的一种主动式射频辨识坐标的定位系统及其方法解决了以往通过射频辨识读取器所接收的射频信号的信号强度进行室内定位时，由于室内信号强度易产生变动，因此直接以信号强度进行一次定位易产生定位不精确的问题。

【附图说明】

图1现有技术利用三角定位法在无障碍环境下对信号源进行一次性定位的示意图。

图2现有技术利用三角定位法在有障碍环境下对信号源进行一次性定位的示意图。

图3本发明第一实施态样所述的主动式射频辨识坐标的定位系统的架构图。

图4本发明第一实施态样设定模块逼近的第一实施例示意图。

图5本发明第一实施态样设定模块逼近的第二实施例示意图。

图6本发明第一实施态样所述的主动式射频辨识标签的定位方法的流程图。

图7本发明第二实施态样所述的主动式射频辨识坐标的定位系统的架构图。

图8本发明第二实施态样的有效范围重迭示意图。

图9本发明第二实施态样所述的主动式射频辨识标签的定位方法的流程图。

【具体实施方式】

本发明适用于利用一个以上的射频辨识读取器，对具有主动式射频辨识坐标的目标物体的所在位置进行定位，其中用以作为定位的射频辨识读取器数量可以是通过对信号强度的筛选所决定的；也可以是原先已经布署过的射频辨识读取器的数量，本发明在此则不加以限定。

另外，本发明所述的射频辨识读取器用以接收射频辨识标签所发出的射频信号，且所接收的射频信号将被后台统一整合后进行定位判断的处理。以下将针对本发明不同的实施态样及其作法进行说明。

首先，请先参考图3，本发明第一实施态样所述的主动式射频辨识坐标定位系统200其包含接收模块201、比较模块202、设定模块203及输出模块204。

接收模块201，负责在同一时间接收来自射频辨识读取器所传送的射频信号，并计算出各射频信号所对应的信号强度，而这些射频信号是由主动式射频辨识标签主动发出的。由于射频辨识读取器根据本身软硬件的支持能力具有些微差异，因此所接收的射频信号的强度范围也有所差异，但一般此强度范围是在-20dbm～-100dbm之间。

比较模块202，负责在接收模块201接收到射频辨识读取器所接收到的射频信号后，比较所有射频信号的信号强度。

需要特别说明的是，信号强度是由接收模块201所计算产生的，然后通过比较模块202比较出各个射频辨识读取器所接收到的信号强度的大小关系。

另一种信号强度计算的方式，则是将射频辨识读取器作为接收射频信号的中介装置，仅负责侦测射频辨识读取器的接收范围内是否接收到射频信号，当射频辨识读取器接收到射频信号时，会将射频信号传送到接收模块201当中，接着再由比较模块202统合进行信号强度的计算及大小关系比较。

当比较模块202比较完所有射频信号的信号强度后，比较模块202会选出信号强度最大的射频辨识读取器，并计算出信号强度最大的该射频信号所对应的该射频辨识读取器所在位置所需的一逼近向量，作为定位时的定位位置位移依据。

设定模块203，负责在系统一开始运作时，先以几个射频辨识读取器所在位置的几何中心作为待定位的目标物体所在位置的第一坐标，即定位位置。举例来说，当用来进行定位的射频辨识读取器有2台时，第一坐标所在位置则为2台射频辨识读取器之间的中点；当射频辨识读取器有3台时，则可以依照定位上的不同要求取外心、重心、内心或垂心等根据所有射频辨识读取器所在位置设定的几何中心作为第一坐标。当比较模块202开始决定出信号强度最大的射频辨识读取器时，设定模块203将会把目标物体的定位位置依据该逼近向量将定位位置自该第一坐标逼近至一第二坐标，这些点相当于逼近目标物体实际位置的逼近点，完成逼近后，设定模块203将第二坐标定位位置重新设定给第一坐标，并重复执行位移的动作直到达到终止条件为止。

所谓的终止条件，可以是判断系统执行定位的累计时间是否达到系统设定的定位时间；或是累积重新将第二坐标定位位置重新设定给第一坐标的次数达到系统设定的定位次数等。举例来说，系统可以设定以60秒内设定模块203所重新设定的最后一个第一坐标所在位置作为对目标物体的定位位置；也可以是设定对目标物体的所在位置定位仅重复执行10次的定位判断，并以设定模块203第10次设定的第一坐标作为对目标物体的定位位置。而另一种终止条件，则是在各个射频辨识读取器所接收到的信号强度的大小关维持恒定不变到达一个门坎次数时，可以跳出重复比较信号强度和进行逼近的动作，进入到输出动作。举例来说，假设某一射频辨识读取器皆为信号强度最大的射频辨识读取器，达到10次以后，信号强度已稳定，则此时便不再重复执行相同的动作并直接输出定位位置，从而以减少无谓地耗费系统运作资源。

输出模块204，负责输出设定模块203重新设定后的第一坐标的所在位置作为目标物体的定位位置。当接收模块201持续接收到射频辨识读取器所接收到的射频信号时，比较模块202、设定模块203及输出模块204将会持续运作，并且会在达到终止条件时停止重复运作，而设定模块203会以最后的第二坐标定位位置作为最终的第一坐标，这个最终第一坐标便表示最终定位位置，将会通过输出模块204进行输出。

另外，需要特别说明的是，设定模块203将第一坐标所在位置逼近到第二坐标的方式也可以通过不同的逼近方式进行。一种方式为每次将第一坐标所在位置与信号强度最大的射频辨识读取器所在位置之间的联机中点作为第二坐标定位位置，如图4所示，假设现有3个射频辨识读取器分别为第一射频辨识读取器211、第二射频辨识读取器212及第三射频辨识读取器213，其几何中心取第一射频辨识读取器211、第二射频辨识读取器212及第三射频辨识读取器213所形成的三角形范围的中线交点作为第一坐标214所在位置，假设某一次比较中比较模块202比较出第一射频辨识读取器211接收到的射频信号为信号强度最大，则设定模块203会以第一坐标214所在位置与第一射频辨识读取器211的联机中点215作为第二坐标定位位置。

设定模块203逼近的另一种方式，则可以通过设定模块203将第一坐标所在位置依据信号强度最大的射频辨识读取器所在位置之间的联机逼近一个长度单位的所在位置作为第二坐标的定位位置来达成。请参考图5，假设某一次比较动作当中比较模块202比较出第一射频辨识读取器211接收到的射频信号为信号强度最大，则设定模块203会将第二坐标定位位置设定为与第一坐标214具有固定长度单位216距离的所在位置217作为第二坐标的定位位置。举例来说，若固定长度单位216为0.1公尺，则每次在重复进行定位的过程中设定模块203均会朝所选取的信号强度最大的射频辨识读取器逼近一个长度单位。

上述的设定模块203的逼近方式虽然为两种不同的逼近方式，然实际上差别仅在于每次逼近的范围差异上，任何熟悉相关技术领域者应可在不脱离本发明的精神下作些微的调整。

接下来，请参考图6，本发明第一实施态样的主动式射频辨识标签的定位方法的流程图，将用以说明本发明第一实施态样的实施步骤。第一实施态样的主动式射频辨识标签的定位方法，适用于利用一个以上射频辨识读取器，对具有主动式射频辨识坐标的目标物体的所在位置进行定位，首先，设定模块203将会初始化以一个以上射频辨识读取器所在位置的几何中心设定为第一坐标作为定位位置(步骤221)。举例来说，当用来进行定位的射频辨识读取器有2台，则第一坐标所在位置则为2台射频辨识读取器之间的中点；当射频辨识读取器有3台时，则可以依照定位上的不同要求取外心、重心、内心或垂心等作为第一坐标所在位置，本发明于此则不加以限制，任何熟悉此相关领域者，应可在不脱离本发明精神前提下进行部分调整。

接着，接收模块接收来自射频辨识读取器所传送的主动式射频辨识标签所发出的射频信号，并计算出各射频信号所对应的信号强度(步骤222)，并通过比较模块比较射频信号的信号强度(步骤223)。由于射频辨识读取器根据本身软硬件的支持能力具有些微差异，因此所接收的射频信号的强度范围也有所差异，但一般此强度范围是在-20dbm～-100dbm之间。接着，通过比较模块选出信号强度最大的射频信号所对应的射频辨识读取器，并计算出信号强度最大的该射频信号所对应的该射频辨识读取器所在位置所需的一逼近向量(步骤224)，接着设定模块便会依据该逼近向量将定位位置自该第一坐标逼近至一第二坐标(步骤225)，并将第二坐标定位位置重新设定给第一坐标(步骤226)，接着，当射频辨识读取器持续接收到射频信号，且未达到终止条件时(步骤227)，则重复接收射频信号及比较、逼近等步骤(步骤222～226)，当达到终止条件时，则停止重复相同步骤，并由输出模块输出重新设定后的第一坐标的所在位置作为目标物体的定位位置(步骤228)。在此所谓的终止条件，于第一实施态样的系统说明中已进行定义，在此则不加赘述。

接下来，请参考图7，将用以说明本发明第二实施态样的系统架构。本发明的第二实施态样的系统同样适用于利用一个以上射频辨识读取器，对具有主动式射频辨识坐标的目标物体的所在位置进行定位，而本发明第二实施态样的主动式射频辨识坐标的定位系统300其包含有接收模块301、选取模块302、比较模块303、定位模块304及输出模块305。

接收模块301，负责接收射频辨识读取器分别接收自主动式射频辨识坐标的射频信号。同样地，强度范围虽依照射频辨识读取器的软硬件支持能力有所差异，但在此如同第一实施态样是在-20dbm～-100dbm之间。

选取模块302，负责选取射频辨识读取器中任意两个射频辨识读取器作为一个比较组合。举例来说，当有3个射频辨识读取器时，则会产生6个比较组合，选取模块302会在每一次进行比较时，选取出一个比较组合供比较模块303进行比较。

比较模块303，负责逐一比较选取模块302所选取的比较组合中两个射频辨识读取器所对应接收的射频信号的信号强度，并选出信号强度较大的射频辨识读取器。

于本第二实施态样的信号强度，与第一实施态样同样具有两种计算方式。一是通过射频辨识读取器计算出信号强度后再传送到主动式射频辨识坐标的定位系统300当中，另一种则是射频辨识读取器仅判断是否接收到射频信号，由主动式射频辨识坐标的定位系统300当中的比较模块进行信号强度的计算，此部分于第一实施态样的系统说明中的运作相似，在此则不加赘述。

定位模块304，负责将目标物体的所在位置逐一分别定位到各比较组合中信号强度较大的射频辨识读取器所在的有效范围。在此所指的有效范围是指比较组合中两射频辨识读取器的中线位于信号强度较大的该射频辨识读取器一端的半平面。举例来说，如图8，假设现有3个射频辨识读取器分别为第一射频辨识读取器311、第二射频辨识读取器312及第三射频辨识读取器313，假设现在选取模块302选取的比较组合为第一射频辨识读取器311及第二射频辨识读取器312，则当比较模块比较出第一射频辨识读取器311所接收到的信号强度较第二射频辨识读取器312大时，此时在被第一射频辨识读取器311与第二射频辨识读取器312的中线划分出来的两个半平面中，定位模块304将会以对应第一射频辨识读取器311的半平面314作为有效范围。同理，选取模块302将会重新选取比较组合，每个不同的比较组合经比较模块303逐一比较后，可取得多个有效范围，在逐一比较完成后，定位模块304会再计算出各有效范围的重迭范围，如图8图中的重迭范围316。

输出模块305，用以输出定位模块304所定位出来的重迭范围作为目标物体的定位位置。当选取模块302重新选取比较组合并重复通过比较模块303逐一比较完成后，将可产生一个重迭范围316，而这个重迭范围316最后将会通过输出模块305进行输出。

接下来，请参考图9，将用来说明本发明第二实施态样的实施步骤。

首先，接收模块301会先接收射频辨识读取器中分别接收自主动式射频辨识坐标的射频信号(步骤321)，接着，通过选取模块302选取射频辨识读取器中任意两个射频辨识读取器作为一比较组合(步骤322)，当两两一组的比较组合尚未被比较完成时，由比较模块303逐一比较各比较组合中各射频辨识读取器所对应接收的射频信号(步骤323)，接着，比较模块303会再自比较组合中选取信号强度较大的射频辨识读取器(步骤324)，此时，定位模块304便会将目标物体的所在位置定位于比较组合中信号强度较大的射频辨识读取器所在的有效范围(步骤325)，完成一个有效范围的比较后，选取模块302可以再判断所有的比较组合是否比较完成(步骤326)，在此所指的有效范围指的是比较组合中两射频辨识读取器的中线位于信号强度较大的该射频辨识读取器一端的半平面。当比较组合尚未被比较完成时，则重复定位各比较组合的有效范围(步骤322～326)，若所有比较组合完成比较，则定位模块304将会计算出各比较组合有效范围的重迭范围(步骤327)，接着，通过输出模块305输出重迭范围表示目标物体的定位范围(步骤328)，而有别于第一实施态样的是，第二实施态样的方法所产生的定位位置并非一定位点，而是一个定位范围，而通过不断的多次定位位置或者定位范围的判断来定位，可以提高定位的准确性。

相较于现有技术，可知本发明与现有技术之间的差异在于具有通过多个射频辨识读取器接收特定强度范围的射频信号，并根据所接收的射频信号的信号强度进行多次定位位置或者定位范围的判断修正的技术手段，从而可以解决现有技术中直接以信号强度对目标物体的所在位置进行一次性的定位，易产生定位不精确的问题，进而能够精确对主动式射频辨识坐标所在的目标物体的所在位置进行定位，达到提高定位精确度的功效。

Claims (12)

1.一种主动式射频辨识坐标的定位系统，适用于利用一个以上射频辨识读取器，对具有一主动式射频辨识坐标的一目标物体的所在位置进行定位，其特征在于，该定位系统包含：

一接收模块，用以接收这些射频辨识读取器分别接收自该主动式射频辨识坐标的一射频信号，并计算出各该射频信号所对应的一信号强度；

一比较模块，用以比较这些射频信号所对应的该信号强度，并计算出信号强度最大的该射频信号所对应的该射频辨识读取器所在位置所需的一逼近向量；

一设定模块，用以初始化以这些射频辨识读取器所在位置的几何中心为一第一坐标作为定位位置；并于确认信号强度最大的该射频辨识读取器所在位置时，依据该逼近向量将定位位置自该第一坐标逼近至一第二坐标，并于完成逼近后将该第二坐标定位位置重新设定给该第一坐标；及

一输出模块，用以输出该设定模块重新设定后的该第一坐标的所在位置作为该目标物体的定位位置；

其中，当该接收模块持续接收到这些射频信号时，该比较模块、该设定模块及该输出模块将持续运作，以输出表示该目标物体的定位位置。

2.根据权利要求1所述的主动式射频辨识坐标的定位系统，其特征在于，其中这些射频辨识读取器或该比较模块还用以计算所接收的这些射频信号的该信号强度。

3.根据权利要求1所述的主动式射频辨识坐标的定位系统，其特征在于，其中该定位系统还包含设定一定位时间，于累积定位的时间达到该定位时间时，终止该输出模块运作并以最后输出的该第一坐标所在位置表示该目标物体的定位位置。

4.根据权利要求1所述的主动式射频辨识坐标的定位系统，其特征在于，其中该定位系统还包含设定一定位次数，于累积重新设定该第一坐标达到该定位次数时，终止该输出模块运作并以最后输出的该第一坐标所在位置表示该目标物体的定位位置。

5.根据权利要求1所述的主动式射频辨识坐标的定位系统，其特征在于，其中若该比较模块比较出这些射频辨识读取器所接收的该信号强度的大小关系维持不变达一门坎次数时，中止该输出模块运作并以最后输出的该第一坐标所在位置表示该目标物体的定位位置。

6.根据权利要求1所述的主动式射频辨识坐标的定位系统，其特征在于，其中该设定模块设定该第二坐标定位位置为：

该第一坐标所在位置与信号强度最大的该射频辨识读取器所在位置之间的联机中点；

或为该第一坐标所在位置朝向信号强度最大的该射频辨识读取器所在位置逼近一长度单位的所在位置。

7.一种主动式射频辨识标签的定位方法，适用于利用一个以上射频辨识读取器，对具有一主动式射频辨识坐标的一目标物体的所在位置进行定位，其特征在于，该方法包含下列步骤：

初始化以这些射频辨识读取器所在位置的几何中心为一第一坐标作为定位位置；

当这些射频辨识读取器持续接收到该主动式射频辨识标签所发出的该射频信号时，重复执行下列步骤：

接收这些射频辨识读取器所接收到的该主动式射频辨识标签所发出的该射频信号，并计算出各该射频信号所对应的一信号强度；

比较这些射频信号的该信号强度；

计算出信号强度最大的该射频信号所对应的该射频辨识读取器所在位置所需的一逼近向量；

依据该逼近向量将定位位置自该第一坐标逼近至一第二坐标；及

将该第二坐标定位位置重新设定给该第一坐标；及

输出重新设定后的该第一坐标的所在位置作为该目标物体的定位位置。

8.根据权利要求7所述的主动式射频辨识标签的定位方法，其特征在于，其中这些射频辨识读取器还用以计算所接收的这些射频信号的该信号强度。

9.根据权利要求7所述的主动式射频辨识标签的定位方法，其特征在于，其中该方法还包含计算这些射频辨识读取器所接收的这些射频信号的该信号强度。

10.根据权利要求7所述的主动式射频辨识标签的定位方法，其特征在于，该方法重复执行的步骤通过一时间条件或一次数条件限制重复执行的时间长短。

11.根据权利要求7所述的主动式射频辨识标签的定位方法，其特征在于，该方法还包含下列步骤：

当这些射频辨识读取器所接收的该信号强度的大小关维持不变达一门坎次数时，中止这些重复执行的步骤；及

输出重新设定后的该第一坐标的所在位置作为该目标物体的定位位置。

12.根据权利要求7所述的主动式射频辨识标签的定位方法，其特征在于，其中该第二坐标定位位置为：

该第一坐标所在位置与信号强度最大的该射频辨识读取器所在位置之间的联机中点；

或为该第一坐标所在位置朝向信号强度最大的该射频辨识读取器所在位置逼近一长度单位的所在位置。

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