CN108051798B - 一种被动射频识别标签定位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种被动射频识别标签的定位方法，首先选取与实用相同的贴有标签的货物，进行校准，按照使用规范码垛，测量标签在各个码垛位置的应答射频特征；这些应答射频特征代表了各个标签码垛位置到阅读器和测量仪器天线的信道特征；由于标签位置不同，信道特征必然不同，这些信道特征就带有标签位置的独特信息；信道特征是依据应答射频特征归一化计算得到的；归一化参考可以采用应答射频特征统计值或者货物码垛特定位置的参考标签应答射频特征；在测量过程中，保持货物码垛规范不变，测量装置与码垛相对位置不变，采集码垛货物中各个标签的全部或部分应答射频特征，与信道特征比对，从而确定各个识读到标签的位置。本发明通过信道特征定位，测量精度高，特征值信息量大，可实用性更强，更可靠。

Description

一种被动射频识别标签定位的方法
技术领域
本发明属于测试测量技术领域中的物联网测量技术，具体涉及一种被动射频识别标签的定位方法。
背景技术
被动射频识别标签通过改变自身反射系数调制反射阅读器的载波发出对指令的响应。对于利用射频识别标签对贴标货物定位，是一个技术难题，尤其在室内和大量货物堆放的场景下尚无有效方法。在这些应用中有一部分货物相对射频特征固定，比如在同种货物码垛盘点的情况。这种情况在贴有电子标签电表出入库、军事装备出入库盘点等应用场景比较常见。
本发明在这种标签型号、货物码垛相对固定的场景，采用标签开启功率和被动复反射系数频响曲线找出阅读器到各个标签及各个标签到达监测天线的信道特征，从而定位，可以迅速知道哪些位置标签没有读取成功，或者读取效果不理想。这个方法对于提高物流效率，优化现场部署具有非常大的应用前景和价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种被动射频识别标签的定位方法，本发明基于测量被动射频识别标签开启功率和反射信号的反射幅度和相位及其在不同频率的特征（简称复反射特征），与参考场景下不同位置标签的开启功率和复反射特征（简称应答射频特征）比对，达到定位的目的。
本发明提出的被动射频识别标签的定位方法，所述方法由定位装置实现，所述定位装置由阅读器、若干个射频识别标签、货物和监测仪组成，货物可以码垛在货盘或者相应承载工具之上，所述货盘上固定位置或者和码垛相对位置固定的地方贴装货物标签，以提供信道参考；阅读器与若干个射频识别标签分别进行无线电应答，监测仪接收阅读器发射的无线电波，同时监测仪接收货物标签反射的无线电波，分析货物标签反射波的复反射特性和信道特性；监测仪由接收天线、射频接收前端、中频处理器和计算机依次连接而成，接收天线从空中接收射频识别应答信号，传输到射频接收前端；射频接收前端通过放大、滤波和变频等处理将射频变为频率、幅度适当可数字化的中频(包括零中频)模拟信号；中频模拟信号传输给中频处理器进行数字化和通道化处理，然后发送给计算机；计算机实现分析、存储和显示等功能；具体步骤如下：
首先选取与实用相同的贴有标签的货物，进行校准，按照使用规范码垛，测量标签在各个码垛位置的应答射频特征；这些应答射频特征代表了各个标签码垛位置到阅读器和测量仪器天线的信道特征；由于标签位置不同，信道特征必然不同，这些信道特征就带有标签位置的独特信息；信道特征是依据应答射频特征归一化计算得到的；归一化参考可以采用应答射频特征统计值或者货物码垛特定位置的参考标签应答射频特征；之后，在测量过程中，保持货物码垛规范不变，测量装置与码垛相对位置不变，采集码垛货物中各个标签的全部或部分应答射频特征，与信道特征比对，从而确定各个识读到标签的位置。
本发明中，所述射频识别标签为1个到10000个。
本发明中，所述计算机采用嵌入式或外置式计算机。
本发明中，所述阅读器和监测仪可以合并为一台仪器，同时完成射频识别应答、开启功率测量和信号监测的功能。
本发明中，所述校准过程具体为：校准过程针对每个特定应用场景单独进行；按照待测试的应用标签贴装和货物码垛规范，在待测场景中，将已知识别号的标签贴装在样本货物上，并码垛好，记录每个标签的码垛位置；通过阅读器与检测仪或者应答测量监测仪测量每个标签的开启功率和复反射特征；
其中开启功率可以是标签产生应答的功率，包括标签识读开启功率、标签读取开启功率、标签写入开启功率中的一个或多个，表示该操作成功的最小功率；本发明开启功率可以用阅读器或应答测量监测仪发送的有效全向辐射功率(EIRP)表示，应该在多个工作频率点测量开启功率；获得开启有效全向辐射功率对标签位置、操作指令、工作频率的测量值，不妨记P_TX_Cal[位置, 操作, 频率]；
复反射特征是监测接收到的标签反射应答信号对载波调制在复数平面的归一化复反射系数；不妨设接收到的载波矢量C，反射信号矢量T，则复反射特征
R1=T/C (1)
其中C、T、R1都是复数；校准得到各个位置标签的复反射特征，不妨记R1_Cal[位置, 频率]；
另一个的复反射特征计算方法是测量各个位置标签在开启功率上的反射幅度和相位，不需要归一化幅度：
|R2|=|T| （当射频辐射=开启功率） (2)
R2相位=T相位-C相位 (3)
校准结果记为R2_Cal[位置, 频率]；
第三个复反射特征计算方法可指定一个标签的反射特征来归一化比对；比如，在货盘上固定位置贴装参考标签，其复反射特征设为R1r[频率]，归一化的校准复反射特征
R3=R1/R1r (4)
校准值R3_Cal[位置, 频率]=R1_Cal[位置, 频率]/R1r[频率] (5)
上述校准可以都做，也可以选做若干项；这个校准结果也构成了对射频识别实施场景的性能评估。
本发明中，测量过程具体为：针对被测贴装标签的货物，盘点所有标签，获得标签识别号；在获取标签识别号的同时就可以测量复反射特征R1[ID]和R3[ID]；
进一步可以测量各个标签的开启功率P_TX[ID]，也可以通过开启功率监测波形测量得到R2[ID]；
通过全部或者部分计算各个识别号(ID)标签的R1, R2, R3和P_TX，并与各个位置响应校准值比对，就可以计算出每个识别号最大可能的位置，达到定位目的。
本发明的有益效果在于：本发明和传统方法相比，本发明测量了阅读器到标签，和标签到监测仪的信道，通过信道特征定位，测量精度高，特征值信息量大，可实用性更强，更可靠。
附图说明
图１为本发明测试原理示意图。
图２为本发明监测仪结构示意图。
图３为本发明应答测量和监测仪结构示意图。
图4载波和反射信号在复数域的矢量。
图中标号：１为阅读器，２为射频识别标签，３为货盘，４为货物标签，５为监测仪，６为接收天线，７为射频接收前端，８为中频处理器，９为收发天线组件，10为射频发射前端，11为中频收发处理器，12为计算机。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明。
实施例1：
系统中阅读器１采用ImpinJ Speedway R220固定阅读器，监测仪５采用聚星仪器V3X便携式无线电监测仪。其中，阅读器１的天线采用Laird S8658WPR 右圆极化天线，V3X监测仪接收天线采用Laird S8658WPL左圆极化天线，前端采用聚星PXIe-7639下变频器，中频处理器８采用聚星PXIe-7506中频处理器，计算机４采用简仪PXIe-63975嵌入式控制器。
测试对象是装首饰的货盘３中摆放的贴装了珠宝标签的金银首饰。
如图１所示，阅读器与1个到10000个射频识别标签进行无线电应答并可选具备或不具备测量标签开启功率能力，监测仪接收阅读器发射和标签反射的无线电波，分析标签反射波的复反射特性和信道特性。标签贴敷的货物可以码垛在货盘或者相应承载工具之上。可以在货盘固定位置或者和码垛相对位置固定的地方贴装标签，提供信道参考。
本发明的阅读器和监测仪在实体上可以分开也可以合并为一台仪器，同时完成射频识别应答、开启功率测量和信号监测的功能。
如图２所示，接收天线从空中接收射频识别应答信号，传输到射频接收前端。射频接收前端通过放大、滤波、变频等处理将射频变为频率、幅度适当可数字化的中频(包括零中频)模拟信号。中频信号传输给中频处理器进行数字化和通道化处理，然后发送给计算机。计算机实现分析、存储、显示等功能。计算机可以是嵌入式或外置计算机。
本发明应答测量监测仪结合了阅读器和监测仪的功能，原理如图３。计算机接收操作员操作控制中频收发处理器生成射频识别指令及其中频(含零中频)模拟信号。中频信号发送给射频发射前端，经过变频、滤波、放大等处理发送给收发天线组件。收发天线组件将射频指令通过空气发送给标签，并且接收标签返回的应答信号，传输给射频接收前端。射频接收前端对射频放大、滤波、变频到中频(含零中频)模拟信号，并传给中频收发处理器。中频收发处理器对接收到的信号解调、解码并通过协议状态机计算相应回令发送回标签。中频收发处理器还将信号波形和解码信息发送给计算机进行进一步处理、显示、存储。
按照上述图１方式布置，该领域技术人员均能顺利实施。
实施具体步骤如下：
<1>制备典型货盘，并且按照规范摆放贴装EPCC1G2被动标签。阅读器及其天线摆放在正常盘点位置。监测仪及其天线摆放在临近有利监测的位置。然后进行校准，获得所有校准标签在规范珠宝摆放位置的识读开启功率P_TX_Cal以及各个标签的 R1_Cal, R2_Cal, R3_Cal。
<2>撤下校准配置的货品，更换上待检验贴装标签的首饰，盘点标签，并测量得R1。
<3>R1和R1_Cal比对，如果反射足够强，全部合格，则更换被测样品，重复<2>，直至所有样品测试完成。如果有标签反射不足，或者盘点标签数量与货盘容量不符，则比对各个R1 [ID]和R1_Cal[位置]，找到每个ID最匹配的位置，如果匹配结果合理可信，则给出测试结果，换上下一个被测货盘，重复<2>。如果匹配结果有矛盾或信号质量不佳，进行<4>。
<4>对各个成功识读到ID的标签测量P_TX ，并且采用识读开启功率最小的4个标签R1的平均值作为参考标签R1r，进一步计算R2, R3。采用所有P_TX, R1, R2, R3和校准值进行矢量匹配，得到定位，报告盘点到的各个标签的位置。然后更换被测样品货盘重复<2>。
实施例2：
系统中阅读器、监测仪合二为一，采用聚星R1200射频识别综合测试仪，作为应答测量和监测仪。其中综合测试仪天线组件采用双天线或单天线组件，射频接收前端、发射前端和中频收发处理器三个功能模块用NI-5644R实现，计算机采用NI-8840嵌入式计算机。
测试对象是贴有超高频电子标签的电表。
按照上述图１方式布置，该领域技术人员均能顺利实施。
实施具体步骤如下：
<1>制备典型货盘，并且按照规范摆放电子标签。天线组件摆放在盘点标准闸口位置。然后进行校准，获得所有校准标签在规范珠宝摆放位置的识读开启功率P_TX_Cal以及各个标签的 R1_Cal, R2_Cal, R3_Cal。
<2>撤下校准货盘，换上按照规范摆放，贴有电子标签的待检验电表货盘，盘点标签，并测量得R1。对各个盘点到的标签测量识读开启功率P_TX，并且测量计算R2, R3。
<3>检验所有被盘点到的标签应答射频特征，与校准值匹配计算出各个盘点到电表的最大可能位置。如有标签数量不足，则根据码垛规范，推算出没有被检测到的电表位置。

Claims (4)

1.一种被动射频识别标签的定位方法，其特征在于所述方法由定位装置实现，所述定位装置由阅读器、若干个射频识别标签、货物和监测仪组成，货物码垛在相应承载工具之上，和码垛相对位置固定的地方贴装货物标签，以提供信道参考；阅读器与若干个射频识别标签分别进行无线电应答，监测仪接收阅读器发射的无线电波，同时监测仪接收货物标签反射的无线电波，分析货物标签反射波的复反射特性和信道特性；监测仪由接收天线、射频接收前端、中频处理器和计算机依次连接而成，接收天线从空中接收射频识别应答信号，传输到射频接收前端；射频接收前端通过放大、滤波和变频处理将射频变为频率、幅度可数字化的中频模拟信号；中频模拟信号传输给中频处理器进行数字化和通道化处理，然后发送给计算机；计算机实现分析、存储和显示功能；具体步骤如下：
首先选取与实用相同的贴有标签的货物，进行校准，按照使用规范码垛，测量标签在各个码垛位置的应答射频特征；这些应答射频特征代表了各个标签码垛位置到阅读器和监测仪天线的信道特征；由于标签位置不同，信道特征必然不同，这些信道特征就带有标签位置的独特信息；信道特征是依据应答射频特征归一化计算得到的；归一化参考采用应答射频特征统计值或者货物码垛特定位置的参考标签应答射频特征；之后，在测量过程中，保持货物码垛规范不变，监测仪与码垛相对位置不变，采集码垛货物中各个标签的全部或部分应答射频特征；采集码垛货物中各个标签的全部或部分应答射频特征，与信道特征比对，从而实现定位；
其中：校准过程针对每个特定应用场景单独进行；按照待测试的应用标签贴装和货物码垛规范，在待测场景中，将已知识别号的标签贴装在样本货物上，并码垛好，记录每个标签的码垛位置；通过阅读器与监测仪测量每个标签的应答射频特征；
开启功率是标签产生应答的功率，包括标签识读开启功率、标签读取开启功率、标签写入开启功率中的一个或多个，表示操作成功的最小功率；开启功率用阅读器或监测仪发送的有效全向辐射功率表示，应该在多个工作频率点测量开启功率；获得开启有效全向辐射功率对标签位置、操作指令、工作频率的测量值，不妨记P_TX_Cal[位置, 操作, 频率]；
复反射特征是监测接收到的标签反射应答信号对载波调制在复数平面的归一化复反射系数；不妨设接收到的载波矢量C，反射信号矢量T，则得到第一个复反射特征计算方法：
R1=T/C (1)
其中C、T、R1都是复数；校准得到各个位置标签的复反射特征，不妨记R1_Cal[位置, 频率]；
第二个复反射特征计算方法是测量各个位置标签在开启功率上的反射幅度和相位，不需要归一化幅度：
|R2|=|T| ，当射频辐射=开启功率 (2)
R2相位=T相位-C相位 (3)
校准结果记为R2_Cal[位置, 频率]；
第三个复反射特征计算方法指定一个标签的反射特征来归一化比对；在货盘上固定位置贴装参考标签，其复反射特征设为R1r[频率]，归一化的校准复反射特征
R3=R1/R1r (4)
校准值R3_Cal[位置, 频率]=R1_Cal[位置, 频率]/R1r[频率] (5)
上述校准都做，或选做若干项；校准结果也构成了对射频识别实施场景的性能评估。
2.根据权利要求1所述的一种被动射频识别标签的定位方法，其特征在于所述射频识别标签为1个到10000个。
3.根据权利要求1所述的一种被动射频识别标签的定位方法，其特征在于所述计算机采用嵌入式或外置式计算机。
4.根据权利要求1所述的一种被动射频识别标签的定位方法，其特征在于所述阅读器和监测仪合并为一台仪器，同时完成射频识别应答和信号监测的功能。
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