CN108140101A - 用于准确且快速地实时确定与在受控区域中的物品相关联的射频识别(rfid)标签的真实方位的系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种准确且快速地实时确定与在受控区域中的物品相关联的RFID标签的真实方位的射频识别(RFID)标签读取系统和方法。主发射波束和主接收波束在区域上被定向，并且多个次级接收波束大体上同时被定向到该区域中的多个方位。来自次级接收波束的次级接收信号的最高信号强度确定每个标签的近似标签方位。选择近似标签方位在仰角上的相对侧上的两个次级接收波束以获得一对仰角偏移信号，并且近似标签方位在方位角上的相对侧上的两个次级接收波束以获得一对方位角偏移信号。处理仰角偏移信号和方位角偏移信号以实时确定针对每个标签的真实方位。

Description

用于准确且快速地实时确定与在受控区域中的物品相关联的 射频识别(RFID)标签的真实方位的系统及其方法
发明背景
本公开大体上涉及用于准确且快速地实时确定与在受控区域中的物品相关联的射频(RF)识别(RFID)标签的真实方位(bearing)的系统及其方法，尤其是用于定位和跟踪RFID标记的物品以供库存控制。
射频(RF)识别(RFID)技术对于在零售店、仓库、配送中心、建筑物和类似的受控区域中物流问题、材料搬运和库存管理正变得越来越重要。RFID系统典型地包括RFID读取器(也被称为RFID询问器)，并且优选地分布在受控区域周围的多个这种读取器。每个RFID读取器在其覆盖范围内询问一个或多个RFID标签。每个RFID标签通常被附接到单个物品、或用于物品的包装、或用于多个物品的托盘或容器，或者与单个物品、或用于物品的包装、或用于多个物品的托盘或容器相关联。每个RFID读取器发送RF询问信号，并且感测正在询问的RF信号的每个RFID标签通过发送返回RF信号来响应。RFID标签或初始地生成返回RF信号，或在被称为反向散射的过程中反射回询问RF信号的部分。返回RF信号可以进一步对内部地存储在标签中的数据进行编码。每个读取器将返回信号解调并解码为数据，借此识别、计数或以其他方式与相关联的物品交互。被解码的数据可以表示序列号、价格、日期、目的地、其他属性或属性的任何组合等。
RFID标签典型地包括天线、功率管理部分、无线电部分，并且通常包括逻辑部分、存储器或两者。在较早的RFID标签中，功率管理部分包括使用诸如电池之类的储能设备。具有有源发射器的RFID标签被称为有源标签。具有无源发射器的RFID标签被称为无源标签并且反向散射。半导体技术的进步已经使电子产品小型化，使得RFID标签可以仅由其接收的RF信号来供电。反向散射并由车载电池供电的RFID标签被称为半无源标签。
RFID系统经常被用于在库存监控应用中定位和跟踪RFID标记的物品。例如，为了获取零售店中的RFID标记的物品的库存，已知将至少一个RFID读取器定位在受控区域中，并且然后允许每个读取器自动读取在每个读取器的覆盖范围中的任何被标记的物品。为了较好的RF覆盖，已知为每个读取器提供天线元件的阵列，该天线元件的阵列发送作为主发射波束的RF询问信号并且从标签接收作为主接收波束的返回RF信号，该主发射波束在方位角(azimuth)(例如在360度的角度上)和仰角(elevation)(例如在约90度的角度上)中都被电子定向。
由于使用天线阵列的这种已知的库存获取RFID系统已经是有利的，在实践中已经证明难以以高精确度准确地确定特定标签相对于特定读取器的真实方位，即方位角和仰角两者中的角方向。在每个阵列中可以使用的天线元件的数量具有实际的限制。这个天线元件限制导致每个主发射波束和每个对应的主接收波束具有相对宽的波束宽度。在实践中已经还证明快速地实时确定特定标签相对于特定读取器的真实方位是困难的。主发射波束典型地在连续的时间段内递增地移动，并且以“狩猎”操作模式遍及受控区域被定向，直到读取器发现并采样具有在主定向角处的主接收波束的最高或峰值的接收信号强度(RSS)的标签。取决于受控区域的大小，可能花费显著的时间以及主发射波束和RSS的多个样本的多次移动，以找到每个标签的峰值RSS以及因此其标签方位。基于主接收波束的峰值RSS确定每个标签的方位(即方位角和仰角两者的角方向)已经不仅由于上述对天线元件数量的限制以及相对宽的波束宽度而不精确，而且较慢。已经报导了大约5到10度的方位误差、等待时间延迟过长以及在给定的时间内可以定位和跟踪的标签数量受到限制，这在很多应用中是不可容忍的。
因此，需要更准确地确定RFID标签的真实方位，更快地确定RFID标签的真实方位，减少找到具有最高RSS的每个标签的等待时间，以及增加可以在给定时间内定位和跟踪的标签数量。
附图说明
附图(其中类同的附图标记在全部单独的视图中表示相同的或功能类似的要素)连同下面的详细描述被纳入于此并形成说明书的一部分，并用来进一步阐述包括所要求保护的发明的构思的实施例，以及解释那些实施例的各种原理和优势。
图1是根据本公开的用于准确地实时确定RFID标签的真实方位的示例性射频识别(RFID)标签读取系统的示意图。
图2是安装在尤其是用于RFID标记的物品的库存控制的示例性受控区域中的图1的系统的立体示意图。
图3A是描绘在发送主发射波束期间的图1的整个系统的部件的示意图。
图3B是描绘用于在系统中的波束定向中使用的加权因子部件的细节的框图。
图4是描绘在接收主接收波束以及附加的次级接收波束期间的图1的整个系统的部件的示意图。
图5是描绘图4中描绘的主接收波束和次级接收波束的信号处理以获得每个RFID标记的物品的真实方位的框图。
图6是描绘在受控区域的区中的次级接收波束的标签方位的包围的图。
图7是描绘根据根据本公开的准确地实时确定与在受控区域中的物品相关联的RFID标签的真实方位的方法执行的步骤的流程图。
本领域技术人员将理解附图中的要素出于简化和清楚而示出，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些要素的尺寸和位置可相对于其他要素被放大以帮助提高对本发明实施例的理解。
该系统和方法构成已在附图中通过常规符号在适当位置被表示出，所述附图仅示出与理解本发明的实施例有关的那些特定细节，以免通过对得益于本文描述的本领域技术人员显而易见的细节而混淆本公开。
发明的具体说明
本公开的一个方面涉及用于准确且快速地实时确定与在受控区域中的物品相关联的RFID标签的真实方位的射频(RF)识别(RFID)标签读取系统。该受控区域可以是零售店、仓库或任何其他受限制或开放的区域，其中RFID标记的物品将被监控。该受控区域可以在室内或室外，并且可以是空间的单个区或体积，或者可以并经常被细分为多个区。该系统包括具有天线元件的阵列(例如相控阵列)的RFID读取器；多个RF收发器；以及可操作地连接到收发器并且可操作用于控制收发器的控制器或者编程的微处理器。
该控制器执行标签处理模块，所述标签处理模块可操作用于通过经由天线元件将主发射信号发送到每个标签来在受控区域上定向主发射波束，并且用于通过经由天线元件从每个标签接收主接收信号来以主定向角定向主接收波束。该控制器还执行方位处理模块，所述方位处理模块可操作用于通过经由天线元件从每个标签接收多个次级接收偏移信号来以多个不同的次级定向角大体上同时地将多个次级接收偏移波束定向到受控区域中的多个方位，所述多个不同的次级定向角从所述主定向角偏移。该控制器处理次级接收偏移信号以实时确定针对每个标签的真实方位。
优选地，该控制器处理次级接收偏移信号的信号强度以确定受控区域中每个标签的近似标签方位，优选地通过从所有次级接收偏移信号中选择具有峰值处理信号强度的次级接收偏移信号。该控制器选择近似标签方位在仰角上的相对侧上的第一对次级接收偏移波束以获得一对仰角偏移信号，选择近似标签方位在方位角上的相对侧上的第二对次级接收偏移波束以获得一对方位角偏移信号，并且然后处理仰角偏移信号和方位角偏移信号以实时确定针对每个标签的真实方位。有利的，该方位处理模块通过将仰角偏移信号的差除以它们的和来处理仰角偏移信号以获得仰角误差信号作为对主定向角的仰角校正，以及将方位角偏移信号的差除以它们的和来处理方位角偏移信号以获得方位角误差信号作为对主定向角的方位角校正。
在优选的实施例中，该方位处理模块可操作用于通过在多个信道(例如四个信道)上接收次级接收偏移信号来定向每个次级接收偏移波束。复乘法器和用于为复乘法器设置复系数的可编程设备被提供在每个信道上，以在每个信道上引入加权因子以影响定向。所有次级接收偏移波束在同一时间被定向到在每个区中的多个方位，每个区轮流。有利的是，每个区近似等于主发射波束的波束宽度。该系统有利地包括可操作地连接到RFID读取器的服务器，并且方位处理模块被实现在RFID读取器和/或服务器中。RFID读取器优选地被安装在受控区域的头顶位置，并且取决于应用，可以在受控区域中部署多个RFID读取器。
根据本公开的另一个方面的方法涉及准确且快速地实时确定与在受控区域中的物品相关联的RFID标签的真实方位的射频(RF)识别(RFID)标签读取方法。该方法通过以下来执行：在受控区域中安装具有天线元件的阵列的RFID读取器和多个RF收发器；使控制器执行标签处理模块来控制收发器，所述标签处理模块可操作用于通过经由天线元件将主发射信号发送到每个标签来在受控区域上定向主发射波束，并且用于通过经由天线元件从每个标签接收主接收信号来以主定向角定向主接收波束；使控制器执行方位处理模块来控制收发器，所述方位处理模块可操作用于通过经由天线元件从每个标签接收多个次级接收偏移信号来以多个不同的次级定向角大体上同时地将多个次级接收偏移波束定向到受控区域中的多个方位，所述多个不同的次级定向角从所述主定向角偏移；以及处理次级接收偏移信号以实时确定针对每个标签的真实方位。该方法有利地进一步通过以下来执行：处理次级接收偏移信号的信号强度以确定在受控区域中的每个标签的近似标签方位，选择近似标签方位在仰角上的相对侧的第一对次级接收偏移波束以获得一对仰角偏移信号，选择近似标签方位在方位角上的相对侧的第二对次级接收偏移波束以获得一对方位角偏移信号，以及处理仰角偏移信号和方位角偏移信号以实时确定针对每个标签的真实方位。
现在定向附图，图1描绘了射频(RF)识别(RFID)标签读取系统10的简化描绘，用于准确且快速地实时确定与将要跟踪或监控的物品相关联的RFID标签的真实方位。系统10具有被连接到服务器或主机12的RFID读取器20和用户接口14。RFID读取器20具有天线元件1,2,3...,N的阵列，优选为相控阵列。该RFID读取器20还具有多个RF收发器Tx/Rx 1，Tx/Rx2，Tx/Rx 3，...，Tx/Rx N，一个收发器用于每个天线元件并连接到每个天线元件。数字N是任意的且取决于具体的应用。作为非限制性的示例，可以采用十六个天线元件和十六个收发器。尽管图1描绘了用于每个天线元件的一个收发器，但不需要是这种情况。收发器的数量可以与天线元件的数量不同。例如，特定的收发器可以与两个或更多个天线元件共享。
控制器或编程的微处理器16可操作地连接到收发器以控制它们的操作。该控制器16执行基于软件的标签处理模块18，并且还执行基于软件的方位处理模块22。该模块18和22不需要是基于软件的，但是它们中的一个或两个可以是基于硬件的，或者可以被实现在软件和硬件两者中。尽管方位处理模块22在图1中被描绘为实现在RFID读取器20中，但将理解，方位处理模块22也可以全部或部分地实现在服务器12中。
图2描绘了部署在零售层的受控区域102中的RFID读取器20的示例性描绘，该零售层具有在其处可提供服务器12和接口14的销售点(POS)站108、试衣间110以及布置在受控区域102中的架子、衣架、支架、地板等上的多个RFID标记的物品(例如衣服106、手提包104等)。将理解，在一些应用中，服务器12优选位于后室，远离销售层。由于成本原因，每个RFID标签物品104、106优选地与无源RFID标签相关联，尽管也可以采用如上所述的其他类型的RFID标签。将进一步理解，在一些应用中，例如在仓库中，每个RFID标签与用于多个物品的托盘或容器相关联。为了简化附图，只有一个读取器20已经被图示，并且读取器20已经被图示为优选地位于受控区域102中的头顶天花板上。将进一步理解，多于一个读取器20可以部署在受控区域102中，并且不一定部署在天花板上。每个读取器20可以从电插座供电，在以太网(POE)上供电，或者可以由电池供电。
该服务器12包括一个或多个计算机并且与接口14和阅读器20处于有线通信，无线通信，直接通信或联网通信。该接口14向人类用户提供以图像和/或文本形式(例如RFID标记的物品104、106的方位的表示)呈现信息的人/机界面(例如图形用户界面(GUI))，并以便启动和/或改变可由服务器12和/或由控制器16执行的各种过程的执行。服务器12和接口14可以是分离的硬件设备，并且包括例如计算机、监视器、键盘、鼠标、打印机以及各种其他硬件外围设备，或者可以被集成到诸如移动智能手机、或便携式平板电脑、或膝上型计算机之类的单个硬件设备中。此外，用户界面14可以在智能手机或平板电脑等中，而服务器12可以是或位于包含RFID标记的物品104、106的受控区域102处(参见图2)、或在某个其他远程位置、或可以托管在云服务器中的计算机。服务器12可以包括与读取器20通信的无线RF收发器。例如，Wi-Fi和是用于在电子设备之间交换数据的开放无线标准。
在操作期间，控制器16执行标签处理模块18，通过该标签处理模块18命令收发器充当主发射波束控制单元，该主发射波束控制单元可操作用于通过经由天线元件向每个标签发射主发射信号(X)来在受控区域102上定向主发射波束。如图3A所示，主发射信号(X)沿着不同信道(在该示例中为四个信道)被传导到多个RF收发器Tx/Rx 1、Tx/Rx 2、Tx/Rx 3和Tx/Rx 4，并且进而传导到多个天线元件1、2、3和4。通过在每个信道上引入不同的加权因子W1、W2、W3和W4来完成定向。如图3B所示，每个加权因子由复乘法器24和为复乘法器24设置复系数的可编程设备26生成，以影响主发射波束的基带定向。通过为每个复乘法器24设置复系数来对主发射波束进行基带定向是本领域已知的，并且其细节可以例如通过参考美国专利号8,587,495和/或由Toby Haynes于1998年3月26日发表在Spectrum SignalProcessing(频谱信号处理)上的“A Primer on Digital Beamforming(数字波束形成入门)”来获得，所述专利和所述入门的全部内容通过引用结合于此。
在操作期间，控制器16还执行标签处理模块18，通过该标签处理模块18命令收发器充当主接收波束定向单元，该主接收波束定向单元可操作用于通过经由天线元件从每个标签接收主接收信号(A)来以主定向角定向主接收波束。如图4所示，天线元件1、2、3和4接收沿着不同信道(在此示例中为四个信道)的来自每个被询问标签的返回信号，并且将来自这四个信道的返回信号分别传导到多个RF收发器Tx/Rx 1、Tx/Rx 2、Tx/Rx 3和Tx/Rx 4。在每个信道上引入不同的加权因子W1、W2、W3和W4，然后在加法器28中求和所有加权的返回信号以便生成主接收信号(A)。每个加权因子由图3B的电路生成。主接收波束的定向受到加权因子W1、W2、W3和W4的影响。如图示出，在一个优选实施例中，在定向主接收波束中使用的加权因子(图4)与在定向主发射波束中使用的加权因子(图3A)相同。因此，主发射波束和主接收波束的定向角是相同的，或几乎如此，即它们具有共同的瞄准线或通常方位。然而，将理解，在定向主接收波束中使用的加权因子可以不同于在定向主发射波束中使用的加权因子，在这种情况下，用于主发射波束的定向角不同于用于主要接收波束的定向角。
如上所述，可以在已知阵列中使用的天线元件的数量N的实际限制导致主发射波束和对应的主接收波束各自具有相对宽的波束宽度，由此致使其实际上难以非常准确地确定特定标签相对于读取器的真实方位，即方位角和仰角两者中的角方向。大约5至10度的方位误差已经被报导并且在许多应用中是不能容忍的。本公开的一个方面涉及减少这种误差，优选地涉及减小到小于一度。还如上所描述，已知的主发射波束典型地在连续的时间段上递增地移动，并且以“狩猎”操作模式遍及受控区域被定向，直到读取器发现并采样具有在主定向角处的主接收波束的最高或峰值的接收信号强度(RSS)的标签。取决于受控区域的大小，可能花费显著的时间量以及主发射波束和RSS的多个样本的多次移动，以找到每个标签的峰值RSS以及因此其标签方位。已经报导了等待时间延迟过长以及在给定的时间量内可以定位和跟踪的标签数量受到限制，这在很多应用中是不可容忍的。因此，本公开的另一个方面涉及减少这种等待时间延迟，并增加可在给定时间量内定位和跟踪的标签的数量。
根据本公开，且如图4进一步所示，从来自天线元件1、2、3和4的每个被询问标签的返回信号通过各自的RF收发器Tx/Rx 1、Tx/Rx 2、Tx/Rx3、Tx/Rx 4传导到分路器30，并且然后被路由到多个N子电路以同时生成多个不同的次级接收信号1...N，用于形成从主接收波束偏移的多个不同的次级接收波束。因此，返回信号从分路器30被传导到第一组加权因子W11、W21、W31和W41，然后在第一加法器32中求和以生成具有第一接收信号强度RSS1的第一次级接收信号1；被传导到第二组加权因子W12、W22、W32和W42，然后在第二加法器34中求和以生成具有第二接收信号强度RSS2的第二次级接收信号2；并且如此被传导到附加组的加权因子和附加的加法器以生成具有附加的接收信号强度的附加的次级接收信号，直到被传导到最后一组加权因子W1N、W2N、W3N和W4N，然后在最后一个加法器38中求和以生成具有最后一个接收信号强度RSSN的最后一个次级接收信号N。用于次级接收信号的图4中所描绘的每组加权因子由与图3B中描绘的电路相同的电路生成。
如图6最佳地所示，用于次级接收信号的每组加权因子经选择为以多个不同的次级定向角大体上同时将所有次级接收偏移波束定向到受控区域的代表性区60中的多个方位，该多个不同的次级定向角从主定向角偏移。如作为非限制性示例所示，区60具有二十个方位的4×5阵列，在该处次级接收偏移波束被同时定向。有利的是，每个区近似等于主发射波束的波束宽度。沿方位角相继邻近的方位相隔约10°，沿仰角相继邻近的方位也相隔约10°。要确定其方位的标签可以位于区60中的任何地方，并且如作为示例所示位于第四行第二列中，在近似标签方位T处。
如上所述，已知通过在连续的时间测量每个方位处的RSS，在区60内递增地将主发射/接收波束从一个方位移动到下一个方位以寻找标签，并且在所有这些测量已经完成之后，则确定哪个标签方位具有最高或峰值RSS。采取多次移动和多次测量，所有这些加总到不可忽视的时间以完成，借此显著地延迟了标签方位的最终确定。根据本公开，主发射/接收波束在连续的时间在区60内不递增地从一个方位移动到下一个方位以找到标签方位。相反，通过同时将所有次级接收偏移波束在同一时间引导至每个区60中的所有二十个方位，可以在同一时间测量所有次级接收信号的RSS，并且可以确定最高的RSS。
回到图4，具有它们各自的接收信号强度RSS1、RSS2、...、RSSN的所有次级接收信号1...N被传导到具有四个输出的多路复用器36的对应的多个N输入，如下所述。控制器16处理所有接收到的信号强度并选择最高值，借此找到近似标签方位T(参见图6)。一旦已经找到近似标签方位T，控制器16选择将要从多路复用器36输出的包围近似标签方位T的仰角的第一对次级接收偏移波束，并且还选择将要从多路复用器36输出的包围近似标签方位T的方位角的第二对次级接收偏移波束。更具体地，第一对次级接收偏移波束中的一个由次级接收仰角正信号(B)形成并且位于远离近似标签方位T的仰角的一个方向上的几度(例如10度)，并且第一对次级接收偏移波束中的另一个由次级接收仰角负信号(C)形成，并且位于远离近似标签方位T的仰角的相反方向上的几度(例如10度)。类似地，第二对次级接收偏移波束中的一个由次级接收方位角正信号(D)形成并且位于远离近似标签方位T的方位角的一个方向上的几度(例如10度)，并且第二对次级接收偏移波束中的另一个由次级接收方位角负信号(E)形成，并且位于远离近似标签方位T的方位角的相反方向上的几度(例如10度)。
因此，如图6中示意性地示出，已经形成了四个次级接收偏移波束。由正仰角信号(B)和负仰角信号(C)形成的偏移波束包围近似标签方位T的仰角。由正方位角信号(D)和负方位角信号(E)形成的偏移波束包围近似标签方位T的方位角。如图4中所示，从多路复用器36输出正仰角信号(B)和负仰角信号(C)以及正方位角信号(D)和负方位角信号(E)，并且如图5中所示，分别处理仰角信号(B)和(C)以及方位角信号(D)和(E)以获得用于确定每个被询问标签的真实方位的仰角和方位角的方位校正因子。
因此，仰角信号(B)和(C)在加法器40中被求和，并且在减法器42中彼此相减。除法器44将来自减法器42的差(B-C)除以来自加法器40的和(B+C)，并且除法器44的输出(为电压)由转换器46转换成角度，借此产生输入到方位估计器48的仰角误差信号。同样，方位角信号(D)和(E)在加法器50中被求和，并且在减法器52中彼此相减。除法器54将来自减法器52的差(B-C)除以来自加法器50的和(B+C)，并且除法器54的输出(为电压)由转换器56转换成角度，借此产生输入到方位估计器48的方位角误差信号。方位估计器48将两个仰角和方位角误差信号与在近似标签方位T处的峰值次级接收信号的仰角和方位角进行比较，并且输出用于每个被询问标签的真实方位。此输出可以被存储或者被发送到服务器12，或者它可以被发送到标签处理模块18以供波束定向。
如迄今所描述的，采用天线元件中的四个天线元件以围绕主发射和接收波束定向次级接收偏移波束中的每一个。如果在该阵列中采用十六个天线元件，则开关被用于将相同的四个RF收发器切换到十六个天线元件中的四个天线元件。在任何给定的时间，十六个天线元件中的四个天线元件是活动的，而剩余的十二个天线元件是非活动的。这些四个天线元件在受控区域102中的空间的一个体积或区60中正在有效地工作。阵列中的剩余的天线元件可以在受控区域的空间的相同或不同的体积或区中或相继地或同时地工作。天线元件成组地工作，典型地在同一时间为四个天线元件，且有利地，不同组中的天线元件之间可以有重叠。将理解，因此可以采用不同数量的天线元件或者不同组的天线元件以及不同数量的次级接收偏移波束或者不同组的次级接收偏移波束，本公开不旨在限于一组四个天线元件。
如上所述，并且如图7的流程图200所示，在开始步骤202开始，RFID系统10通过不仅在全部标签上定向(步骤204)主发射波束和主接收波束，而且还在每个区或受控区域中的标签上以在仰角和方位角上偏移的定向角大体上同时定向多个次级接收偏移波束，准确且快速地实时确定与受控区域102的每个区60(每个区60轮流)中的物品104、106相关联的RFID标签的真实方位。控制器16处理次级接收偏移波束的次级接收偏移信号的信号强度，以基于最高的RSS来确定每个标签的近似标签方位(步骤206)。控制器16选择近似标签方位在仰角上的相对侧上的第一对次级接收偏移波束以获得一对仰角偏移信号(步骤208)，并且选择近似标签方位在方位角上的相对侧上的第二对次级接收偏移波束以获得一对方位角偏移信号(步骤210)。控制器16然后通过使针对仰角偏移波束的接收仰角偏移信号的差与和相除来计算在近似标签方位T处的针对峰值次级接收信号的定向角的仰角的仰角校正(步骤212)，处理仰角偏移信号和方位角偏移信号以实时确定用于每个标签的真实方位。类似地，对于每个所列标签，控制器16通过使针对方位角偏移波束的接收方位角偏移信号的差与和相除来计算在近似标签方位T处的峰值次级接收信号的定向角的方位角的方位角校正(步骤214)。接着，对于每个标签校正在近似标签方位T处的峰值次级接收信号的定向角(步骤216)，并且输出对于每个标签的校正后的定向角(即真实方位)(步骤218)。该方法在步骤220结束。
在上述说明书中已经描述了具体实施例。然而，本领域普通技术人员理解，可做出多种修改和改变而不脱离如下权利要求书所阐述的本发明的范围。因此，说明书和附图被认为是图示性的而非限定性的意义，并且所有这些修改都旨在被包括在本教导的范围内。
这些益处、优势、问题解决方案以及可能使任何益处、优势或解决方案发生或变得更为突出的任何要素不被解释成任何或所有权利要求的关键的、必需的或必要的特征或要素。本发明单独由所附权利要求书限定，包括在本申请处于未决状态期间做出的任何修改以及公布后这些权利要求的所有等效物。
此外，在该文档中，诸如第一和第二、顶部和底部等之类的关系术语可单独地用来将一个实体或动作与另一个实体或动作区别开，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间具有任何实际的这种关系或顺序。术语“构成”、“构成有”、“具有”、“具备”、“包括”、“包括有”、“包含”、“含有”或它们的任何其他变型旨在覆盖非排他性的包括，使得构成、具有、包括、包含要素的列表的过程、方法、物品或装置不仅包括那些要素，还可包括对这种过程、方法、物品或装置未明确列出的或固有的其他要素。以“构成有一”、“具有一”、“包括一”或“包含一”开头的要素，在没有更多约束条件的情形下，不排除在构成、具有、包括或包含该要素的过程、方法、物品或装置中有另外的相同要素存在。术语“一”和“一个”被定义为一个或多个，除非本文中另有明确声明。术语“大体上”、“本质上”、“近似”、“大约”或这些术语的任何其他版本被定义为接近本领域普通技术人员所理解的那样，并且在一个非限定性实施例中，该术语被定义为在10％以内，在另一实施例中定义为在5％以内，在另一实施例中定义为在1％以内，且在另一实施例中定义为在0.5％以内。本文中使用的术语“耦合的”被定义为连接的，尽管不一定是直接连接的也不一定是机械连接的。以某种方式“配置的”设备或结构至少以该种方式进行配置，但也可以未列出的方式进行配置。
将理解，一些实施例可包括诸如微处理器、数字信号处理器、定制的处理器和现场可编程门阵列(FPGA)之类的一个或多个通用或专用处理器(或“处理设备”)以及唯一存储的程序指令(包括软件和固件两者)，所述唯一存储的程序指令控制一个或多个处理器以连同某些非处理器电路实现本文所描述的方法和/或装置的一些、多数或全部功能。替代地，一些或全部功能可由无存储程序指令的状态机来实现，或者在一种或多种专用集成电路(ASIC)中实现，其中各种功能或某些功能的某些组合被实现为定制逻辑。当然，也可使用该两种方法的组合。
此外，一个实施例可被实现为计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有存储在其上的计算机可读代码，用于对(例如包括处理器的)计算机编程以执行如本文所描述和要求保护的方法。这种计算机可读存储介质的示例包括但不限于硬盘、CD-ROM、光存储器件、磁存储器件、ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)以及闪存。此外，预期本领域普通技术人员虽然做出了由例如可用时间、当前技术和经济考虑而促动的可能的显著努力以及许多设计选择，但在被本文所公开的构思和原理所指导时，将容易地能通过最少实验产生此类软件指令和程序以及集成电路(IC)。
提供本公开的摘要以使读者快速地确定本技术公开的性质。提交该摘要，并且理解该摘要将不用于解释或限制权利要求书的范围或含义。此外，在上述具体说明中，可以看出出于使本公开整体化的目的，各个特征在各实施例中被编组到一起。公开的此方法不应被解释为反映要求保护的实施例与各项权利要求中明确记载的相比需要更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映，发明主题在于少于单个公开的实施例的全部特征。因此，以下权利要求由此被结合入具体说明中，其中各个权利要求作为单独要求保护的主题代表其自身。

Claims (20)

1.一种射频(RF)识别(RFID)标签读取系统，用于准确且快速地实时确定与在受控区域中的物品相关联的RFID标签的真实方位，包括：
RFID读取器，具有天线元件的阵列和多个RF收发器；以及
控制器，可操作地连接到所述收发器且可操作用于通过执行标签处理模块来控制所述收发器，所述标签处理模块可操作用于通过经由所述天线元件将主发射信号发送到每个标签来在所述受控区域上定向主发射波束并且用于通过经由所述天线元件从每个标签接收主接收信号来以主定向角定向主接收波束，
所述控制器进一步可操作用于通过执行方位处理模块来控制所述收发器，所述方位处理模块可操作用于通过经由所述天线元件从每个标签接收多个次级接收偏移信号来以多个不同的次级定向角大体上同时地将多个次级接收偏移波束定向到所述受控区域中的多个方位，所述多个不同的次级定向角从所述主定向角偏移，以及
所述控制器进一步可操作用于处理所述次级接收偏移信号以实时确定针对每个标签的真实方位。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器通过从所有所述次级接收偏移信号中选择具有峰值处理信号强度的次级接收偏移信号来确定近似标签方位。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述控制器进一步可操作用于选择所述近似标签方位在仰角上的相对侧上的第一对次级接收偏移波束以获得一对仰角偏移信号，用于选择所述近似标签方位在方位角上的相对侧上的第二对次级接收偏移波束以获得一对方位角偏移信号，并且用于处理所述仰角偏移信号和所述方位角偏移信号以实时确定针对每个标签的真实方位。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述方位处理模块可操作用于将仰角偏移信号的差除以它们的和来处理所述仰角偏移信号以获得仰角误差信号作为对所述主定向角的仰角校正，以及其中所述方位处理模块可操作用于将方位角偏移信号的差除以它们的和来处理所述方位角偏移信号以获得方位角误差信号作为对所述主定向角的方位角校正。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述方位处理模块可操作用于通过在多个信道上接收所述次级接收偏移信号来定向每个次级接收偏移波束；并且在每个信道上进一步包括复乘法器和用于为所述复乘法器设置复系数的可编程设备，以在每个信道上引入加权因子以影响定向。
6.如权利要求1所述的系统，以及可操作地连接到所述RFID读取器的服务器，并且其中所述方位处理模块被实现在所述RFID读取器和所述服务器中的至少一个中。
7.如权利要求3所述的系统，以及可操作地连接到所述控制器且由所述控制器控制的多路复用器，并且其中所述多路复用器具有用于接收所有所述次级接收偏移信号的多个输入，和用于输出所述仰角偏移信号和所述方位角偏移信号的多个输出。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述受控区域具有多个区，且其中所述方位处理模块可操作用于大体上同时地将所述多个次级接收偏移波束相继地定向到每个区中的多个方位。
9.一种射频(RF)识别(RFID)标签读取系统，用于准确且快速地实时确定与在受控区域中的物品相关联的RFID标签的真实方位，包括：
RFID读取器，安装在所述受控区域中的头顶位置中，并且具有天线元件的阵列和多个RF收发器；
服务器，可操作地连接到所述RFID读取器；以及
控制器，位于所述RFID读取器和所述服务器中的至少一个中且可操作地连接到所述收发器，
所述控制器可操作用于通过执行标签处理模块来控制所述收发器，所述标签处理模块用于通过经由所述天线元件将主发射信号发送到每个标签来在所述受控区域上定向主发射波束，以及用于通过经由所述天线元件从每个标签接收主接收信号来以主定向角定向主接收波束，
所述控制器进一步可操作用于通过执行方位处理模块来控制所述收发器，所述方位处理模块可操作用于通过经由所述天线元件从每个标签接收多个次级接收偏移信号来以多个不同的次级定向角大体上同时地将多个次级接收偏移波束定向到所述受控区域中的多个方位，所述多个不同的次级定向角从所述主定向角偏移，以及
所述控制器进一步可操作用于处理所述次级接收偏移信号以实时确定针对每个标签的真实方位。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述控制器通过从所有所述次级接收偏移信号中选择具有峰值处理信号强度的次级接收偏移信号来确定近似标签方位。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器进一步可操作用于选择所述近似标签方位在仰角上的相对侧上的第一对次级接收偏移波束以获得一对仰角偏移信号，用于选择近似标签方位在方位角上的相对侧上的第二对次级接收偏移波束以获得一对方位角偏移信号，并且用于处理所述仰角偏移信号和所述方位角偏移信号以实时确定针对每个标签的真实方位。
12.如权利要求11所述的系统，以及可操作地连接到所述控制器且由所述控制器控制的多路复用器，并且其中所述多路复用器具有用于接收所有所述次级接收偏移信号的多个输入，和用于输出所述仰角偏移信号和所述方位角偏移信号的多个输出。
13.一种射频(RF)识别(RFID)标签读取方法，其准确且快速地实时确定与在受控区域中的物品相关联的RFID标签的真实方位，包括：
在所述受控区域中安装具有天线元件的阵列的RFID读取器和多个RF收发器；
通过使控制器执行标签处理模块来控制所述收发器，所述标签处理模块可操作用于通过经由所述天线元件将主发射波束发送到每个标签来在所述受控区域上定向主发射波束，并且用于通过经由所述天线元件从每个标签接收主接收信号来以主定向角定向主接收波束；
通过使所述控制器执行方位处理模块来控制所述收发器，所述方位处理模块可操作用于通过经由所述天线元件从每个标签接收多个次级接收偏移信号来以多个不同的次级定向角大体上同时地将多个次级接收偏移波束定向到所述受控区域中的多个方位，所述多个不同的次级定向角从所述主定向角偏移；以及
处理所述次级接收偏移信号以实时确定针对每个标签的真实方位。
14.如权利要求13所述的方法，以及通过从所有所述次级接收偏移信号中选择具有峰值处理信号强度的次级接收偏移信号来确定近似标签方位。
15.如权利要求14所述的方法，以及选择所述近似标签方位在仰角上的相对侧上的第一对次级接收偏移波束以获得一对仰角偏移信号，选择所述近似标签方位在方位角上的相对侧上的第二对次级接收偏移波束以获得一对方位角偏移信号，并且处理所述仰角偏移信号和所述方位角偏移信号以实时确定针对每个标签的真实方位。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述仰角偏移信号的处理通过将它们的差除以它们的和来执行以获得仰角误差信号作为对所述主定向角的仰角校正，以及其中所述方位角偏移信号的处理通过将它们的差除以它们的和来执行以获得方位角误差信号作为对所述主定向角的方位角校正。
17.如权利要求14所述的方法，其中每个次级接收偏移波束的定向通过在多个信道上接收所述次级接收偏移信号来执行；并且在每个信道上引入加权因子以影响定向。
18.如权利要求14所述的方法，以及可操作地将服务器连接到所述RFID读取器，并且在所述RFID读取器和所述服务器中的至少一个中实现所述方位处理模块。
19.如权利要求15所述的方法，以及在多路复用器处接收所有所述次级接收偏移信号，且从所述多路复用器输出所述仰角偏移信号和所述方位角偏移信号。
20.如权利要求14所述的方法，以及用多个区配置所述受控区域，且其中所述次级接收偏移波束被相继地定向到每个区中的多个方位。
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