CN103941108A - 闸门环境下基于识读距离测量的rfid标签方向图动态绘制方法 - Google Patents

Abstract

通过天线方向图可以方便的得到表征天线性能的电参数，对于天线方向图的测量一般采用宽波段天线波瓣自动记录仪对待测天线进行测量，该方法需要在静态环境中进行，无法对实际环境下的实时天线方向图进行绘制，更无法反映外部电磁干扰对实际系统造成的影响。一种闸门环境下基于识读距离测量的RFID标签方向图动态绘制方法，通过RFID读写器得到RFID标签在三维转台上各个位置的识读距离，进一步转化为RFID标签的读取功率，从而绘制出RFID标签天线的方向图。本项发明可应用于实时测量，是对标准环境下天线测量方法的补充。

Description

闸门环境下基于识读距离测量的RFID标签方向图动态绘制方法

技术领域

本发明涉及RFID技术应用领域，具体涉及RFID标签方向图动态绘制，特别是在闸门环境下引入识读距离对RFID标签方向图进行动态绘制，属于电子信息与自动化检测技术领域。 

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)作为一种新颖的非接触式自动识别技术，已在现代物流、智能交通、生产自动化等众多领域获得广泛应用，特别在人们密切关注的智慧物流中货物的出入库信息采集与货物盘点应用尤为突出。RFID技术的原理是利用射频信号的空间耦合或反射，自动识别目标对象，并获取相关信息。射频前端部分的读写器通过天线发送出一定频率的射频信号，而信号由电子标签的天线获取，在信号的发送与接收部分都是由天线完成，因此，对于RFID系统中天线的研究至关重要。研究天线主要是得到天线的相关特性，通过天线方向图可以方便的得到表征天线性能的电参数。对于天线方向图的测量现阶段一般采用天线波瓣自动记录仪对待测天线进行测量，该方法需要在静态环境中进行，无法对实际环境下的实时天线放线图进行绘制，更无法反映外部电磁干扰对实际系统造成的影响。目前，国内外有很多对于RFID标签动态性能进行的研究，但文献中均没有在动态环境中对RFID标签方向图进行绘制的工作，需要进一步研究与探索。 

本发明提出一种闸门环境下基于识读距离测量的RFID标签方向图动态绘制方法，通过RFID读写器得到RFID标签在三维转台上各个位置的读取距离，进一步转化为RFID标签的读取功率，从而绘制出RFID标签天线的方向图。本项发明在不改变现有仪器布局的前提下对天线识读距离进行快速测量和方向图绘制，可应用于闸门进出库环境下的天线实时测量，使用方便，应用范围广，工作性能稳定可靠，实现方法可移植性，是对标准环境下使用特定仪器对天线测量方法的补充。 

发明内容

本发明提出一种闸门环境下基于识读距离测量的RFID标签方向图动态绘制方法，包括以下步骤： 

第一步骤：搭建测试平台步骤，测试平台结构如图1所示，由1-RFID读写器天线、2-激光测距仪、3-光学升降台、4-闸门、5-导轨、6-RFID标签、7-三维转台、8-托盘、9-控制计算机、10-RFID读写器构成，四个1-RFID天线位于4-闸门顶端与两侧，1-RFID读写器 天线及2-激光测距仪与10-RFID读写器相连，8-托盘上放置贴有6-RFID标签的7-三维转台； 

第二步骤：RFID标签识读距离测量步骤，确定RFID标签粘贴位置后，贴有RFID标签的三维转台在导轨上由电机带动向闸门运动，随着三维转台靠近闸门，RFID标签散射回来的能量达到读写器天线灵敏度时，激光测距仪测量它到反射板的距离值S，存储于控制计算机中； 

第三步骤：RFID读写器对RFID标签的识读距离计算步骤，由以上第二步骤测量得到的激光测距仪到反射板的距离值S计算出RFID读写器对RFID标签的识读距离T； 

第四步骤：RFID标签识读功率计算步骤，由RFID标签识读距离转化公式将以上第三步骤计算出的RFID读写器对RFID标签的识读距离T转化为RFID标签识读功率P_rx； 

第五步骤：不同角度RFID标签识读功率测量步骤，将贴有RFID标签的三维转台按以θ为方位角，以φ为仰角，转动相应角度(θ，φ)，重复以上第二、三、四步骤，在N次测量和计算后，获得角度(θ，φ)对应的RFID标签识读功率； 

第六步骤：RFID标签识读功率归一化步骤，根据归一化公式对第四步骤获得的角度(θ，φ)对应的RFID标签识读功率进行归一化处理得到角度(θ，φ)对应的归一化RFID标签识读功率； 

第七步骤：RFID标签方向图绘制步骤，以第四步骤中三维转台转动角度θ为方位角φ为仰角，以第五步骤获得的角度(θ，φ)对应的归一化RFID标签识读功率P_rx为半径，在极坐标系中绘制出RFID标签方向图。 

以上第三步骤所述RFID读写器对RFID标签的识读距离T＝(R²+H²)^1/2，S为权利要求1第二步骤获得的激光测距仪到反射板的距离值，L为激光测距仪到闸门的距离，R＝S-L为RFID标签到闸门的距离，H为激光测距仪与闸门平面的交点到探测到RFID标签的天线之间的距离。 

以上第四步骤所述识读距离转化公式其中P_rx为RFID标签识读功率，P_tx为RFID读写器天线发射功率，G_x为RFID读写器天线增益，λ为RFID读写器天线工作电磁波波长，σ为标签天线雷达散射截面RCS值，T为RFID读写器对RFID标签的识读距离。 

以上第六步骤所述归一化公式其中P_rx为第四步骤测得的RFID标签识读功率，P_rx，max为不同角度RFID标签识读功率中的最大值，P_rx，min为不同角度RFID标签识读功率中的最小值，P_rxi为归一化的RFID标签识读功率。 

附图说明

图1：测试平台结构图 

图2：RFID标签在极坐标下的方向图 

表：归一化RFID标签识读功率 

具体实施方式

闸门环境下基于识读距离测量的RFID标签方向图动态绘制方法，包括以下步骤： 

第一步骤：搭建测试平台步骤，测试平台结构如图1所示，由1-RFID读写器天线、2-激光测距仪、3-光学升降台、4-闸门、5-导轨、6-RFID标签、7-三维转台、8-托盘、9-控制计算机、10-RFID读写器构成，四个1-RFID读写器天线位于闸门顶端与两侧，1-RFID读写器天线及2-激光测距仪与10-RFID读写器相连，8-托盘上放置贴有6-RFID标签的7-三维转台；RFID标签采用超高频电子标签——Impinj H47，RFID读写器采用Impinj Speedway Revolution R420读写器，最大射频输出功率为30dBm，RFID读写器天线采用LAIRD S9028R30NF超高频天线，增益9.0dBi，频率915MHz，工作波长λ＝c/f＝3.0×10⁸/9.15×10⁸＝0.328m。 

第二步骤：RFID标签识读距离测量步骤，确定RFID标签粘贴位置后，贴有RFID标签的三维转台在导轨上由电机带动向闸门运动，随着三维转台靠近闸门，RFID标签散射回来的能量达到读写器天线灵敏度时，激光测距仪测量它到反射板的距离值S，存储于控制计算机中； 

第三步骤：RFID读写器对RFID标签的识读距离计算步骤，由以上第二步骤测量得到的激光测距仪到反射板的距离值S计算出RFID读写器对RFID标签的识读距离T； 

第四步骤：RFID标签识读功率计算步骤，由RFID标签识读距离转化公式将以上第三步骤计算出的RFID读写器对RFID标签的识读距离T转化为RFID标签识读功率P_rx； 

第五步骤：不同角度RFID标签识读功率测量步骤，将贴有RFID标签的三维转台以θ为方位角，以φ为仰角，转动相应角度(θ，φ)，重复以上第二、三、四步骤，在N次测量和计算 后，获得角度(θ，φ)对应的RFID标签识读功率； 

第六步骤：RFID标签识读功率归一化步骤，根据归一化公式对第四步骤获得的角度(θ，φ)对应的RFID标签识读功率进行归一化处理得到角度(θ，φ)对应的归一化RFID标签识读功率，由所有角度(θ，φ)对应的归一化RFID标签识读功率绘制出表； 

第七步骤：RFID标签方向图绘制步骤，以第四步骤中三维转台转动角度以θ为方位角φ为仰角，以第五步骤获得的角度(θ，φ)对应的归一化RFID标签识读功率P_rx为半径，在极坐标系中绘制出RFID标签方向图-图2，图中只作出RFID标签方向图E面和H面，左图为RFID标签方向图E面，右图为RFID标签方向图H面。 

以上第三步骤所述激光激光测距仪到闸门的距离L＝1m，激光测距仪到反射板的距离值S＝3m，RFID标签到闸门的距离R＝S-L＝2m，激光测距仪与闸门平面的交点到探测到RFID标签的天线之间的距离H＝2m，RFID读写器对RFID标签的识读距离T＝(R²+H²)^1/2＝(2²+2²)^1/2＝2.8m。 

以上第四步骤所述识读距离转化公式其中P_tx＝30dBm，G_x＝9dBi，λ＝0.328m，σ＝0.03m²，T＝2.8m，则RFID标签识读功率

以上第六步骤所述归一化公式 $P_{\mathrm{rxi}}=\frac{P_{\mathrm{rx}}-P_{\mathrm{rx},\min }}{P_{\mathrm{rx},\max }-P_{\mathrm{rx},\min }}=\frac{-32-(-50)}{-30-(-50)}=0.9,$ 其中P_rx＝-32dB，P_rx，max＝-30dB，P_rx，min＝-50dB。 

以上第六步骤由所有角度(θ，φ)对应的归一化RFID标签识读功率绘制出表，表中第一列为角度θ，第一行为角度φ，其他部分为(θ，φ)对应的归一化RFID标签识读功率。 

Claims (4)

1.闸门环境下基于识读距离测量的RFID标签方向图动态绘制方法，包括以下步骤：

第一步骤：搭建测试平台步骤，测试平台由RFID读写器天线、激光测距仪、RFID读写器、控制计算机、电机、三维转台、导轨、托盘、RFID标签构成，RFID读写器天线及激光测距仪与RFID读写器相连，托盘上放置贴有RFID标签的三维转台；

第二步骤：RFID标签识读距离测量步骤，确定RFID标签粘贴位置后，贴有RFID标签的三维转台在导轨上由电机带动向闸门运动，随着三维转台靠近闸门，RFID标签散射回来的能量达到读写器天线灵敏度时，激光测距仪测量它到反射板的距离值S，存储于控制计算机中；

第三步骤：RFID读写器对RFID标签的识读距离计算步骤，由以上第二步骤得到的激光测距仪到反射板的距离值S计算出RFID读写器对RFID标签的识读距离T；

第四步骤：RFID标签识读功率计算步骤，由RFID标签识读距离转化公式将以上第三步骤计算出的RFID读写器对RFID标签的识读距离T转化为RFID标签识读功率P_rx；

第五步骤：不同角度RFID标签识读功率测量步骤，将贴有RFID标签的三维转台以θ为方位角，以φ为仰角，转动相应角度(θ，φ)，重复以上第二、三、四步骤，在N次测量和计算后，获得角度(θ，φ)对应的RFID标签识读功率；

第六步骤：RFID标签识读功率归一化步骤，根据归一化公式对第四步骤获得的角度(θ，φ)对应的RFID标签识读功率进行归一化处理得到角度(θ，φ)对应的归一化RFID标签识读功率；

第七步骤：RFID标签方向图绘制步骤，以第四步骤中三维转台转动角度θ为方位角，以φ为仰角，以第五步骤获得的角度(θ，φ)对应的归一化RFID标签识读功率P_rx为半径，在极坐标系中绘制出RFID标签方向图。

2.权利要求1第三步骤所述RFID读写器对RFID标签的识读距离T＝(R²+H²)^1/2，S为权利要求1第二步骤获得的激光测距仪到反射板的距离值，L为激光测距仪到闸门的距离，R＝S-L为RFID标签到闸门的距离，H为激光测距仪与闸门平面的交点到探测到RFID标签的天线之间的距离。

3.权利要求1第四步骤所述RFID标签识读距离转化公式其中P_rx为RFID标签识读功率，P_tx为RFID读写器天线发射功率，G_x为读写器天线增益，λ为RFID读写器天线工作电磁波波长，σ为RFID标签天线雷达散射截面RCS值，T为RFID读写器对RFID标签的识读距离。

4.权利要求1第六步骤所述归一化公式其中P_rx为第四步骤测得的RFID标签识读功率，P_rx，max不同角度RFID标签识读功率中的最大值，P_rx，min为不同角度RFID标签识读功率中的最小值，P_rxi为归一化RFID标签识读功率。