CN105445700A - 一种应用时间序列信号的rfid定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用时间序列信号的RFID定位方法，应用时间序列的采集信号定位，包括如下步骤：步骤1)设置定位系统；步骤2)估算待定位标签与阅读器i的距离；步骤3)定位待定位标签的坐标位置(x,y)。本发明可以减少由于环境影响造成信号不稳定所引起的定位不精确性；采用若干个阅读器与待定位标签的距离来计算待定位标签位置，可以不受阅读器所在位置对定位精度影响，只要距离估算比较精准，则定位的坐标也一定精准，不受阅读器的位置影响。

Description

一种应用时间序列信号的RFID定位方法

技术领域

本发明属于电子信息领域，具体地，本发明涉及一种应用时间序列信号的RFID定位方法。

背景技术

术语解释：

RFID：来自英文名RadioFrequencyIdentification，为射频识别。又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式rfid读写器(如：C5000W)或固定式读写器；

标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个RFID标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象，俗称电子标签或智能标签。

RFID室内的平面定位方法，主要利用多个阅读器与定位移动标签信号检测，并由阅读器的固定坐标位置及与辅助的参考标签的信号与位置，根据定位算法来计算待定位标签的平面坐标位置。其中有一个核心技术方案是基于信号强度测量阅读器与待定位标签的信号，然后根据多阅读器的方法计算其待定位标签的坐标位置。现有一个比较普通的计算方法是根据参考标签与阅读的信号强度，和待定位标签与阅读器的信号强度。由参考标签的坐标位置，由两种信号强度的比例关系估算出待定位标签的位置。

其于参考标签的定位算法为landMark算法，其过程如下:

定义待定位标签p在n个阅读器的被接到的信号强度为:S_p＝(S_lp，S_2p，…，S_np)。对参考标签j，其相应在n个阅读器上被接到的信号强度为θ_j＝(θ_1j,θ_2j,…,θ_nj)。对于待定位标签，定义:

表示参考标签j与待定位标签p之间信号强度的差异关系，E_jp越小表示待定位标签p与参考标签j越近。对于每个待定位标签p，可计算出与m个参考标签信号强度差异E_p＝(E_1p，E_2p，…，E_mp)。在m个值中，找到最小的前k个E_jp值。根据这个k个对应的参考标签坐标求加权和，得到待定位标签的坐标位置。首先根据k个信号差异值，计算相应的权值：

待定位标签p的坐标(x,y)可由下式计算：

这里(x_l,y_l)为参考标签l的坐标，由上式可得到待定位标签的坐标。

但上述方法的信号强度常受周边环境的影响，例如温度、灰尘、障碍物突然变化，都会影响强度。环境的变化造成计算所得的距离不稳定，从而使定位坐标位置不精确。信号强度的比例和参考标签的坐标来估算待定位标签的位置，会受到参考标签的所在位置的影响。

此外，还存在以下问题：

(1)信号强度会随时间也会不稳定，一个标签在不位置与同一个阅读器个信号强度受环境影响，会动态发生变化，所原算法的计算没有考虑时间性问题。

(2)待定位标签参照的参考标签位置会影响最终待定位标签的定位坐标，某些特殊情况会使计算造成偏差，造成最终的待定位标签坐标的不精确。如下两个图，按landmark算法计算会得到不同的待定位标签的坐标位置，如图1所示。

3)多个参考标签的坐标位置为候选值，计算待定位标签的坐标。这种方式计算会带来很大的误差。理论上来说，待定位标签与最近一个更相似，差异值越大的参考标签坐标带给定位标签影响越大，而其坐标不应该参与坐标的计算。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种应用时间序列信号的RFID定位方法。本发明可以减少由于环境影响造成信号不稳定所引起的定位不精确性；采用若干个阅读器与待定位标签的距离来计算待定位标签位置，可以不受阅读器所在位置对定位精度影响，只要距离估算比较精准，则定位的坐标也一定精准，不受阅读器的位置影响。

为达到上述技术效果，本发明的技术方案是：

一种应用时间序列信号的RFID定位方法，应用时间序列的采集信号定位，包括如下步骤：

步骤1)设置定位系统：设置n个阅读器，m个参考标签；阅读器与参考标签的位置固定，并且坐标是已知的，其中n≥3，m≥3；阅读器在连续模式下工作；设定在时刻t，阅读器i检测到待定位标签的信号强度为S_ti，其中，i＝1,2,…,n；在一个时间段T内，阅读器i检测到待定位标签的信号强度序列为S_1i,S_2i,…,S_Ti,(i＝1,2,…,n)；在时刻t，阅读器i检测到第j个参考标签的信号强度为θ_tij，其中，j＝1,2,…,m；在一个时间段T内，阅读器i检测到第j个参考标签的信号强度序列为θ_1ij,θ_2ij,…,θ_Tij；

步骤2)估算待定位标签与阅读器i的距离，包括如下步骤：

a.检测参考标签j与阅读器i之间在T时间段内的信号强度:

(θ_1ij,θ_2ij,...,θ_Tij).(1)

b.检测待定位标签与阅读器i之间在相应的T时间段内的平均信号强度：

(S_1i,S_2i,...,S_Ti).(2)

c.对待定位标签与参考标签j，计算它们之间信号强度相对于阅读器i在T时间段的差异:

d.估算待定位标签与阅读器i之间的距离：

对于阅读器i，m个参考标签得到m个E_ij值，其中，j＝1,2,…,m；即得到的m个E_ij值分别为E_i1,E_i2,…,E_im；其中值最小的一个为E_ip，即其对应参考标签为p；根据参考标签p与阅读器i的坐标位置，可计算参考标签p与阅读器i得到d_ip，计算待定位标签与阅读器i的距离d_i：

步骤：

e.根据步骤2)可以计算到n个阅读器与待定位标签的距离：

d₁,d₂,…,d_n；在其中选最小的三个阅读器与待定位标签的距离，分别为d_a,d_b,d_c,并提取对应的三个阅读器的坐标位置(x_a,_ya),(x_b,y_b),(x_c,y_c)；

f.先求解下列方程

得到两个解(x’，y’)和(x”，y”)；

g.计算两个解与第三个阅读器的距离，得到d’和d”；

h.比较d’与d_c，d”与d_c；找到最小的值，最小的值相应的坐标就为待定位标签的坐标。

进一步的改进，n＝4，m＝4。

本发明的优点：

1.时间序列的信号强度，可以减少由于环境影响造成信号不稳定所引起的定位不精确性，公式(3)和(4)中按时间求和的效果能起来一个时间段平均性能，从而减少原方法采用单个时间点信号不稳的缺点。

2.采用若干个阅读器与待定位标签的距离来计算待定位标签位置，可以不受阅读器所在位置对定位精度影响，只要距离估算比较精准，则定位的坐标也一定精准，不受阅读器的位置影响，而原方法则受到阅读器所在位置的影响。

附图说明

图1为按landmark算法计算的定位系统示意图；

图2为本发明定位系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

实施例

如图2所示的一种应用时间序列信号的RFID定位方法：假设对一个待定位标签定位.并假定定位系统有n个阅读器(如图2为4个)，m个参考标签(如图2为4个).阅读器与参考标签坐标位置是固定，并且其坐标是已知的.阅读器工作在连续模式下。在时刻t，阅读器检测到待定位标签的信号强度为S_ti(i＝1,2,…,n)，在一个时间段T内，阅读器i检测到待定位标签的信号强度序列为(S_1i,S_2i,…,S_Ti).在时刻t，阅读器i检测到第j个参考标签的信号强度为θ_tij(j＝1,2,…,m)，在一个时间段T内，阅读器i检测到第j个参考标签的信号强度序列为(θ_1ij,θ_2ij,…,θ_Tij)。本定位方案分如下两个大步骤：

(1)估算待定位标签与阅读器i的距离:

(其主要是根据参考标签及待定位标签与阅读器之间通信的在一定时间周期内检测到的若干次信号强度，计算待定位标签与阅读器之间的距离)。其详细过程细分为如下步骤:

a.检测参考标签j与阅读器i之间在T时间段内的信号强度:

(θ_1ij,θ_2ij,...,θ_Tij).(1)

b.检测待定位标签与阅读器i之间在相应的T时间段内的平均信号强度：

(S_1i,S_2i,...,S_Ti).(2)

c.对待定位标签与参考标签j，计算它们之间信号强度相对于阅读器

i在T时间段的差异:

d.估算待定位标签与阅读器i之间的距离

对于阅读器i，m个参考标签得到m个E_ij(j＝1,2,…,m)值，即(E_i1,E_i2,…,E_im),选其值最小的一个E_ip，即其对应参考标签为p。根据参考标签p与阅读器i的坐标位置，可计算参考标签p与阅读器i得到d_ip。计算待定位标签与阅读器i的距离d_i：

(2)定位待定位标签的坐标位置(x,y)，其详细步骤如下：

a.根据第一步可以计算到n个阅读器与待定位标签的距离(d₁,d₂,…,d_n)，在其中选最小的三个阅读器与待定位标签的距离，假定为d₁,d₂,d₃,并提取对应的三个阅读器的坐标位置(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)；

b.先求解下列方程

得到两个解(x’，y’)和(x”，y”)；

c.计算两个解与第三个阅读器的距离，得到d’和d”；

d.比较d’与d₃，d”与d₃；找到最小的值，其相应的坐标就为待定位标签的坐标。

本发明提出时间点信号强度,即在一个时间段T，检测阅读器与参考标答的信号强度及与待定位标签的信号强度，可以减少环境的动态变化对精解的影响。

本发明提出根据参考标签与阅读器固定位置，及参考标签和待定位标签与阅读器的信号强度，估算待定位标签与阅读器之间的距离，阅读器与待定位标签的距离定位计算待定位标签的位置坐标。

以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种应用时间序列信号的RFID定位方法，其特征在于，应用时间序列的采集信号定位，包括如下步骤：

步骤1)设置定位系统：设置n个阅读器，m个参考标签；阅读器与参考标签的位置固定，并且坐标是已知的，其中n≥3，m≥3；阅读器在连续模式下工作；设定在时刻t，阅读器检测到待定位标签的信号强度为S_ti，其中，i＝1,2,…,n；在一个时间段T内，阅读器i检测到待定位标签的信号强度序列为S_1i,S_2i,…,S_Ti；在时刻t，阅读器i检测到第j个参考标签的信号强度为θ_tij，其中，j＝1,2,…,m；在一个时间段T内，阅读器i检测到第j个参考标签的信号强度序列为θ_1ij,θ_2ij,…,θ_Tij；

步骤2)估算待定位标签与阅读器i的距离，包括如下步骤：

a.检测参考标签j与阅读器i之间在T时间段内的信号强度:

(θ_1ij,θ_2ij,...,θ_Tij).(1)

b.检测待定位标签与阅读器i之间在相应的T时间段内的平均信号强度：

(S_1i,S_2i,...,S_Ti).(2)

c.对待定位标签与参考标签j，计算它们之间信号强度相对于阅读器i在T时间段的差异:

$E_{ij}=\sqrt{\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{({\mathrm{\θ}}_{tij}-S_{ti})}_1^2}---\left(3\right)$

d.估算待定位标签与阅读器i之间的距离：

对于阅读器i，m个参考标签得到m个E_ij值，其中，j＝1,2,…,m；即得到的m个E_ij值分别为E_i1,E_i2,…,E_im；其中值最小的一个为E_ip，即其对应参考标签为p；根据参考标签p与阅读器i的坐标位置，可计算参考标签p与阅读器i得到d_ip，计算待定位标签与阅读器i的距离d_i：

$d_i=\frac{\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{\mathrm{\θ}}_{tip}}{\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{S}_{ti}}{d}_{ip}---\left(4\right)$

步骤3)定位待定位标签的坐标位置(x,y)，包括如下步骤：

e.根据步骤2)可以计算到n个阅读器与待定位标签的距离：

d₁,d₂,…,d_n；在其中选最小的三个阅读器与待定位标签的距离，分别为d_a,d_b,d_c,并提取对应的三个阅读器的坐标位置(x_a,y_a),(x_b,y_b),(x_c,y_c)；

f.先求解下列方程

$\left\{\begin{array}{c}{d_a}^2={(x_a-x)}^2+{(y_a-y)}^2\\ {d_b}^2={(x_b-x)}^2+{(y_b-y)}^2\end{array}\right.---\left(5\right)$

得到两个解(x’，y’)和(x”，y”)；

g.计算两个解与第三个阅读器的距离，得到d’和d”；

h.比较d’与d_c，d”与d_c；找到最小的值，最小的值相应的坐标就为待定位标签的坐标。

2.如权利要求1所述的应用时间序列信号的RFID定位方法，其特征在于，n＝4，m＝4。