CN109642940A

CN109642940A - 标签定位系统的校准

Info

Publication number: CN109642940A
Application number: CN201780048538.1A
Authority: CN
Inventors: 萨夫万·库茨巴里; 贾马莱丁·纳塞尔
Original assignee: Norvis Communications Co Ltd
Current assignee: NVS Technology Solutions Ltd.
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2019-04-16
Also published as: JP2019520568A; WO2017212283A1; US10969469B2; GB201610028D0; US20190302231A1; EP3469393A1

Abstract

用于校准标签定位系统的方法包括和系统包括将一个或多个测试射频RF通信电路放置在待校准的空间内的已知位置处的步骤。接收来自每个测试RF通信电路的信号。确定每个所接收的信号的属性，其中，所确定的属性与生成信号的测试RF通信电路的已知位置相关联。根据每个所接收的信号的所确定的属性和相关联已知位置生成经校准空间的模型，其中，该模型基于从测试RF通信电路接收的信号和相关联已知位置提供指示信号产生标签的位置的输出。

Description

标签定位系统的校准

技术领域

本发明涉及一种用于使用电子标签来跟踪物品的系统，并且具体地，涉及一种包括标签和标签读取器(例如，RFID标签)的系统。

背景技术

能够定位和跟踪物品非常重要，尤其是当它们在不同地点之间移动时。物品可能在单个设施内行进或者移动更远的距离，或甚至可以在陆地、海洋和空中穿越国家。例如，这种物品可以包括货运、邮件、文件和诸如船舶、火车和飞机等之类的车辆的各个部件。无源电子标签(例如，RFID标签)可以附接到单个物品上，使得它们可以在几毫米到大约十米之间的距离处被本地唯一识别和询问。通常，标签是无源的并且没有存储的电能，因此从标签读取器生成的询问信号中获得它们所需的电力。因此，物品和货物可以在它们经过旅程或地点之间的特定点时被跟踪，只要它们足够靠近标签读取器(即在短询问和接收范围内)。这可以很好地适用于货运，货运必须遵循具有明确限定的停靠站或货运站的特定路线。然而，对于在不太明确的路线上行驶或没有特定终点目的地的物品(例如，在飞机内经常使用的飞机部件)，无源标签具有缺点。

携带其自己的电源的有源标签可以用于跟踪较大物品，例如，货运集装箱。这种标签可以具有较大电池、远程无线接口(例如，GSM无线电或卫星通信器)和诸如GPS或GSM三角测量单元之类的位置定位器。然而，一旦电池耗尽，标签就会停止工作，并且该物品将不再可以定位。此外，这种跟踪设备由于其尺寸和体积而仅适用于较大物品。

US2010/0079238描述了一种包括非易失性存储器和压电传感器的基于RF的标签。压电传感器产生电荷，该电荷在受到机械力时暂时地向标签供电。该电功率足以将数据记录在非易失性存储器中。因此，这种标签可以记录在旅程期间发生的事件，并且可以在这种旅程结束时读取非易失性存储器以提供附加信息。然而，这种标签不能用于定位较远距离的物品。

能够定位车辆(例如，飞机)的各个部件通常很重要。例如，如果租赁飞机，则在租赁期间可能更换或替换某些部件。当飞机被返还其所有者时，必须考虑所有部件。这对于法规和安全目的或者审核特定部件的使用小时数可能很重要，以便可以对其进行适当更换或维修。此外，可以发现部件在机队内的各个飞机之间交换。当这些飞机被返还其所有者或传递给新的运送者时，原始部件必须被返还原始飞机。为了跟踪这些移动和变化，可能需要大量的努力和文书工作来定位丢失或移动的部件。

类似地，诸如珠宝和重要文件之类的贵重物品可能在使用中运输和移动。由于增加的体积，向这种小物品提供主动全球跟踪系统通常是不可行的。然而，较小但有价值的物品可能更容易丢失或放错位置，因此在任何给定时间知道它们的下落是有用的，这在目前是不可行的。

此外，能够准确地定位空间或位置内的物品可能是重要的。例如，库房可能包含许多标记物品，但可能不容易快速找到任何特定单个物品。

因此，需要一种克服这些问题的方法和系统

发明内容

根据第一方面，提供了一种用于校准标签定位系统的方法，包括以下步骤：

将一个或多个测试射频RF通信电路放置在待校准的空间内的已知位置处；

接收来自每个测试RF通信电路的信号；

确定每个所接收的信号的属性，其中，所确定的属性与生成信号的测试RF通信电路的已知位置相关联；以及

根据每个所接收的信号的所确定的属性和相关联已知位置生成经校准空间的模型，其中，该模型基于从测试RF通信电路接收的信号和相关联已知位置提供指示信号产生标签的位置的输出。因此，可以分析和校准空间、位置或区域，使得标签或附接到标签的物品可以被更准确和高效地定位。使用测试信号询问该空间。这些测试信号的来源的位置是已知的并且与所接收的信号相关联。例如，这可以通过使用信号内的标签标识符(ID)来实现。可以同时或单独地提供和接收测试信号。可能存在多个接收器以提高准确性。可以将一个或多个接收器移动到不同的接收位置以增加数据集和准确度。还可以移动测试RF通信电路并重复该过程以进一步增加数据点的数量和精度。在形成模型或生成标签的计算位置时也可以考虑接收器的位置。可以使用相同或不同的天线来接收来自标签或测试RF通信电路的信号，这些测试RF通信电路作为传输RF信号并接收反向散射或响应信号(例如，RFID询问和响应)的通信电路

可选地，所接收的信号的属性可以是信号强度、幅度、接收信号强度指示符(RSSI)、频率、极化、和/或到达角(AoA)中的任何一个或多个。可以使用其他信号属性。

优选地，可以从一个或多个标签读取器接收信号。这减少了校准空间所花费的时间。可选地，可以在不同时间和/或在预定时间或在所限定的时隙期间从多个标签读取器接收信号。

可选地，该方法还可以包括在接收到信号时确定一个或多个标签读取器的位置的步骤。这使得更准确地确定标签(或多个标签)的位置。

可选地，可以相对于已知位置来确定所确定的位置。替代地，该位置可以是任意的。

可选地，可以从一个或多个标签读取器内的一个或多个传感器确定一个或多个标签读取器的位置。这允许在计算或校准一个或多个标签(或附接到标签的物品)的位置时考虑标签读取器的位置。

可选地，一个或多个传感器是加速度计和/或陀螺仪中的任何一个或多个。可以使用其他传感器。

可选地，该方法还可以包括移动每个或多个标签读取器并在每次移动之后接收来自一个或多个测试RF通信电路的信号的步骤。

有利地，在移动步骤期间或之后确定一个或多个标签读取器的位置。因此，单个标签读取器可以用作第二或多个标签读取器(或天线)。这意味着可以在更宽区域上和/或以更高精度来读取和校准标签。

有利地，该方法还可以包括在校准空间内发生变化之后重复接收、确定和生成步骤。例如，如果空间内的物品移动、被添加或移除，则这可能影响信号传播并且因此可能需要重新校准。

优选地，生成模型可以包括一个或多个机器学习算法。可以使用其他类型的处理，例如，三角测量。

可选地，机器学习算法可以是选自下列项中的任何一项或多项：贝叶斯分类、线性回归、逻辑回归、神经网络和支持向量机。可以使用其他机器学习技术。例如，机器学习算法可以使用一个或多个不同的信号属性，并且可以被细化或在附加信号属性变得可用时使用附加信号属性。例如，处理可以在专用的CPU、多个CPU、GPU或多个GPU内或在云或虚拟服务器内进行。

根据第二方面，提供了一种用于定位具有射频RF通信电路的标签的方法，该射频RF通信电路被配置为产生信号，该方法包括以下步骤：

接收来自标签的信号；

确定所接收的信号的一个或多个信号属性；

提供一个或多个所确定的信号属性作为对根据任何上述方法生成的校准模型的输入；以及

使用模型生成输出，该输出指示标签的位置。因此，可以使用校准模型(例如，审核或检查标签和附接到标签的物品的存在)。

可选地，来自标签的信号可以由一个或多个标签读取器在多个位置处接收。

可选地，该方法还可以包括在接收到信号时确定一个或多个标签读取器的位置的步骤。

可选地，可以相对于已知位置来确定所确定的位置。

优选地，可以从一个或多个标签读取器内的一个或多个传感器确定一个或多个标签读取器的位置。

可选地，一个或多个传感器可以是加速度计和陀螺仪中的任何一个或多个。相同(或类似)的标签读取器可以生成校准模型并基于所生成的校准模型读取一个或多个标签。

可选地，该方法还可以包括移动一个或多个标签读取器并在每次移动之后接收来自标签的信号的步骤。

优选地，在移动步骤期间或之后确定一个或多个标签读取器的位置。优选地，可以实时地或仅在接收到来自标签的信号时监测和确定每个标签读取器的位置。

优选地，可以使用多个标签读取器在多个位置处接收信号。

根据第三方面，提供了一种跟踪系统，包括：

一个或多个标签读取器，每个标签读取器包括天线，该天线被配置为接收射频RF信号并确定每个所接收的信号的一个或多个属性；

一个或多个射频RF通信电路，被配置为生成要由一个或多个标签读取器接收的信号；

一个或多个处理器；

和存储指令的存储器，该指令使得一个或多个处理器：

根据每个所接收的信号的所确定的一个或多个属性以及RF通信电路的相关联已知位置生成空间的校准模型，其中，该模型基于从测试RF通信电路接收的信号和相关联已知位置提供指示标签的位置的输出。

优选地，该指令还可以使得一个或多个处理器：

根据标签信号提供一个或多个进一步确定的信号属性作为对校准模型的输入；并且

使用校准模型生成输出，该输出指示标签的位置。换句话说，校准模型可以用于定位具有未知位置的标签。

优选地，该系统还可以包括：

数据库，被配置为存储标签和/或附接到标签的相关联物品的所确定的位置。

有利地，该系统还可以包括网络或互联网接口，被配置为接收标识标签或附接到标签的物品的查询，并且作为响应，提供标签或相关联物品的位置。

优选地，该系统还可以包括移动设备，该移动设备被配置为接收指示标签的位置的输入。移动设备可以包括移动应用。移动设备可以包括标签读取器或询问器、和/或一个或多个天线，或者与之通信(例如，无线地、蓝牙等)。换句话说，标签读取器、天线和移动设备可以是单独的项或组合为单个设备。

有利地，该系统还可以包括服务器，该服务器被配置为向移动设备提供指示飞机布局的数据，其中，输入指示标签的与飞机布局内的位置相对应的位置。数据可以存储在数据库中。服务器可以无线地(例如，蓝牙、WiFi、蜂窝通信等)和/或通过互联网与移动设备进行通信。

优选地，服务器还可以被配置为存储一个或多个标签的位置。这些可以与标签标识符(例如，唯一标识)、车辆、结构或飞机的预定布局内的位置相关联。例如，这些数据还可以包括附接到标签的物品的到期日期。

优选地，一个或多个标签读取器还可以包括一个或多个传感器，其被配置为生成指示标签读取器的位置或移动的数据。每个标签读取器可以

可选地，一个或多个传感器可以是加速度计和/或陀螺仪(或其他传感器)中的任何一个或多个。

可选地，指令还可以使得一个或多个处理器在接收到信号时根据所生成的数据确定一个或多个标签读取器的位置。

可选地，可以相对于已知位置确定所确定的位置。

可选地，可以在标签读取器移动到新位置期间和/或之后确定一个或多个标签读取器的位置。

在一个示例实现方式中，跟踪系统可以包括询问器或读取器，其通常与一个或多个标签或标签网络紧密接近(例如，高达12m的半径或者高达100m的半径)。每个标签可以接收来自读取器的信号并作为响应来发送信号，或者可以在没有任何询问信号的情况下以(定期或其他方式)间隔发送数据。来自读取器的信号可以用于向标签提供电力和/或可以不存在任何数据(或者例如其本身可以不引起任何响应)。例如，信号或响应可以是标签的唯一标识符，或者可以包括由读取器接收和处理的其他数据。标签由机械能量采集器供电，其生成至少足够的能量以将数据发送到读取器(并且在使用或在范围内接收任何询问信号)。该能量可以可选地存储，例如，使用电池、存储单元、电容器、超级电容器或固态设备。多个标签可以以这种方式操作。有利地，标签可以具有计时器或间歇地操作(例如，开启一分钟然后睡眠一小时或更长时间或其他时段)以交换能量或者允许采集足够的能量以进行短暂操作。标签可以形成能量采集无线传感器网络(EHWSN)。可以在不需要直接视线的情况下读取标签。

读取器可以存储该信息以供稍后取回，或者可以使用诸如蜂窝网络、卫星网络或其他远程无线网络之类的网络与中央服务器进行通信。读取器和一个或多个标签可以放置在诸如飞机或船舶之类的车辆内，并且标签可以附接到车辆内的物品(例如，运输中的货物)或车辆本身的部件，或者在车辆内的物品(例如，运输中的货物)或车辆本身的部件内。因此，整个系统允许可以在较长距离上更可靠地跟踪许多不同的物品，而不需要每个标签中的较大电池来为远程收发器供电(即直接与中央服务器进行通信)。

根据示例实现方式，提供了一种跟踪系统，包括：

标签读取器，包括询问天线；

一个或多个标签(例如，一个或多个电子标签或射频标识(RFID)标签)，包括：

机械能到电能转换器，被配置为生成电能；

射频RF通信电路；以及

控制器，被配置为：

使用由机械能到电能转换器生成的电能向使用RF通信电路的标签读取器(例如，RFID标签读取器)发送数据信号。

机械发电机允许标签获得足够的电能来在更远距离并更可靠地通过读取器响应询问信号(或简单地发送数据)而不需要庞大的电池(或非常大的询问信号)，因为电能可以在传输过程中或在标签移动时生成。标签读取器可以包括用于从标签接收数据信号的接收器(或收发器)和用于在较长距离(例如，大于100m或1km)处进行通信的接口，以向不同的实体提供所收集的标签数据。RF通信电路可以使用无线保真协议。标签还可以包括RF到电能采集模块以用于授权目的。例如，机械能可以源自声能。机械能可包括任何运动类型，包括振动、运动和声能(任何或特定频率或频率范围)。标签还可以包括RF到DC电路，其可以提供额外的或替代的电力(例如，用于负载、传感器、控制电路、通信电路和/或WiFi发送器)。标签还可以使用RF能量到电能转换器来将数据信号发送到使用RF通信电路的标签读取器。可以使用其他标签或标签读取器。

有利地，标签读取器还可以包括无线网络接口，该跟踪系统还包括：

接收服务器，被配置为从标签读取器的无线网络接口接收数据，所接收的数据包括与来自标签的数据信号(或对询问信号的响应)相关联的信息。因此，系统可以更高效地报告关于(例如，在运输中的)物品的位置或其他信息。读取器可以由车辆的电源供电(例如)，但标签仅需要少量能量(由机械运动提供)来发送数据(和/或响应询问请求)，这可能使得此信息被发送回中央位置(或基于云的服务器)。以这种方式，可以在较大距离和长时间帧(例如，数月或数年)上跟踪大量物品。优选地，一个或多个标签与标签读取器一起行进或移动(例如，在同一外壳、车辆、盒子、设备内，和/或它们彼此是本地的)，并且接收服务器远离标签读取器和标签(一个或多个)的组合。换句话说，标签使用一种传输协议(例如，短程或较低功率协议)与读取器进行通信，并且读取器使用另一种不同的传输协议(例如，远程或较高功率协议)与中央服务器通信。

优选地，跟踪系统还可以包括被配置为存储所接收的数据的数据库。数据库可以位于中心(例如，物理服务器)、基于云或在位置之间分开(例如，本地于读取器和服务器)。

优选地，接收服务器可以被配置为向标签读取器发送请求，并响应于该请求接收数据。替代地，接收服务器可以从一个或多个标签读取器接收特别的或常规的信号。

可选地，无线网络接口可以是蜂窝接口、卫星接口、Wi-Fi接口或802.11接口。可以使用其他无线网络接口。

有利地，标签还可以包括能量存储装置，该能量存储装置被配置为存储由机械到电能转换器提供的电能并且供应所存储的电能以供由控制器和RF通信电路(例如，发送器或收发器)使用。因此，可以存储多余的能量以供在接收到询问信号但没有机械运动来生成用于发送器和/或控制器的电能时使用。例如，标签可以是电子标签、RFID标签或其他类型的标签。

优选地，数据信号(和/或响应)可以包括标签的唯一标识符。然而，可以包括其他信息。

有利地，标签的RF通信电路可以是收发器，并且标签读取器可以被配置为向标签读取器发送询问信号，并且其中，标签可以被配置为响应于询问信号而向标签读取器发送数据信号。

可选地，标签还可以被配置为根据询问信号生成电能以为RF通信电路和控制器供电。该电能可以补充机械地生成的功率。

根据另一示例实现方式，提供了一种标签，包括：

机械能到电能转换器，被配置为生成电能；射频RF通信电路；以及

控制器，被配置为使用由机械能到电能转换器生成的电能向使用RF通信电路的标签读取器发送数据信号。通信电路可以使用任何频率或频带，尤其是在使用该标签的一个或多个特定国家中被授权使用的那些频率或频带。可以使用其他类型的标签或RFID标签。

可选地，标签还可以包括能量存储设备，该能量存储设备被配置为存储由机械能到电能转换器提供的电能并且供应所存储的电能以供有控制器和RF通信电路使用。

可选地，能量存储设备可以是电容器或二次电池。可以使用其他能量存储设备。

有利地，标签还可以包括一个或多个传感器，并且其中，控制器还被配置为将由一个或多个传感器生成的数据包括在数据信号中。

优选地，标签还可以包括存储器存储，其被配置为存储由一个或多个传感器生成的数据。存储器可以是非易失性存储器(例如，FLASH存储器)并且可以存储数据直到下一次与RFID读取器进行通信和/或在特定时间或位置进行通信。

可选地，一个或多个传感器测量可以是下列项中的任意一项或多项：湿度、振动、移动、运动、加速度(加速度计)、陀螺仪、GPS、温度、光或声音。可以包括其他传感器或外围设备。可以由MEMS形成任何一个或多个传感器。

可选地，控制器可以包括电子电路、微处理器和/或计算机软件或固件。标签的任何或所有组件可以被合并在同一电路、板或封装内，或者是可以分开的。

可选地，通信电路可以是收发器(即发送和接收而不是仅发送)，并且控制器还可以被配置为从标签读取器接收询问信号并且响应于该询问信号向RFID标签读取器发送数据信号。

优选地，标签还可以包括电连接到RF通信电路的天线。天线可以被集成(与控制器或其他电路)、在封装内部或外部。天线可以是环路天线、偶极天线、单向或多向天线。可以存在多个天线(例如，两个、三个、四个或更多个)，每个天线可以针对特定方向进行优化，使得标签可以在任何方向接收和/或发送数据和/或在任何方向使用和接收RF功率。

可选地，标签还可以包括电子电路，该电子电路被配置为将由天线接收的信号转换成电能以为RF通信电路和控制器供电。这可以是与接收和发送对询问信号的响应的天线相同或不同的天线。

可选地，控制器还可以被配置为间歇地为RF通信电路供电。这可以节省功率和/或带宽，或者还可以避免多个标签同时运行的干扰。

可选地，机械能到电能转换器可以是压电发电机。可以使用其他类型的发电机，包括弹簧和磁发电机。

优选地，标签还可包括外壳。例如，这可以是壳体或灌注化合物。可以使用塑料、树脂、金属、复合材料或其他材料。

优选地，外壳可以防风雨、防尘、耐溶剂和/或耐热或耐寒。这允许标签在不同类型的恶劣环境中操作。

可选地，标签可以由PCB板形成。标签可以是柔性的或由弹性材料形成，例如，塑料或橡胶材料。可以为标签提供外壳。标签的印刷电路板(PCB)可以被形成为柔性和/或弹性的。PCB可以由多个迷你板形成。PCB可以具有扁平电缆或者可以是柔性PCB板。PCB或标签也可以被形成为采用所标记物体的形状。

根据另一示例实现方式，提供了一种使用至少两个不同的能量源的标签。这些能量源(用于生成电能)可以选自下列项中的任何两项：太阳能、机械(包括声学、振动、任何一个或多个维度的平移)、电磁、射频、电池或电容器。这种标签可以选择性地在能量源之间切换(例如，当源变得可用时和/或为了防止过功率和欠功率事件而自动地切换)。能量源可以在被生成时进行合并、存储或使用。至少两个能量源用于为控制器和RF发送器或收发器供电。标签可以用于以与关于本说明书中的其他标签所描述的方式相同或相似的方式来响应询问信号和/或间隔地提供数据信号。标签可以与本说明书中描述的任何或所有标签读取器一起使用。

优选地，标签还可以包括RF到DC转换电路。这可以转换(例如，由一个或多个天线接收的)RF信号并从其生成电力以用于存储或立即使用。

根据另一示例实现方式，提供了一种跟踪系统，包括：

标签读取器，包括询问天线；

一个或多个标签(例如，一个或多个电子标签或射频识别(RFID)标签)，包括：

射频(RF)到电能转换器，被配置为生成电能；

射频RF通信电路；以及

控制器，被配置为：

使用由RF能量转换器生成的电能向使用RF通信电路的标签读取器(例如，RFID标签读取器)发送数据信号。可以通过使用机械能到电能转换器和/或太阳能转换器(例如，光伏)来提供额外的电能。跟踪系统还可以包括接收服务器，其被配置为从标签读取器的无线网络接口接收数据，所接收的数据包括与来自标签的数据信号(或对询问信号的响应)相关联的信息。服务器可以具有本说明书中描述的其他接收服务器的任何或所有特征。

根据另一示例实现方式，提供了一种标签，包括：

射频(RF)到电能转换器，被配置为生成电能；射频RF通信电路；以及

控制器，被配置为使用由机械能到电能转换器生成的电能向使用RF通信电路的标签读取器发送数据信号。可以通过使用机械能到电能转换器和/或太阳能转换器(例如，光伏)来提供额外的电能。

上述协议和操作过程可以被实现为包括用于操作计算机的程序指令的计算机程序。计算机程序可以被存储在计算机可读介质上。

计算机系统可以包括诸如中央处理单元(CPU)之类的处理器。处理器可以以软件程序的形式执行逻辑。计算机系统可以包括具有易失性和非易失性存储介质的存储器。可以包括计算机可读介质以存储逻辑或程序指令。可以使用网络(例如，无线网络和有线网络)来连接系统的不同部分。计算机系统可以包括一个或多个接口。计算机系统可以包含适当的操作系统，例如，UNIX、Windows(RTM)或Linux。

应注意，上述任何特征可以与本发明的任何特定方面或实施例一起使用。

附图说明

本发明可以以多种方式来实践，现在仅通过示例的方式并参考附图来描述实施例，在附图中：

图1示出了用于跟踪物品的系统的示意图，其中，该系统包括标签；

图2示出了图1的系统内的标签的示意图；

图3示出了图2的标签的另一示意图，包括用于标签的不同电能源；

图4示出了用于监测图2和图3的标签的系统的示意图；

图5示出了用于示例标签的电源以及用于每个电源的选择和优先级逻辑的示意图；

图6示出了图示跟踪系统的校准的示意图；

图7示出了用于管理和使用图1的系统的示例软件平台的示意图；

图8示出了用于管理和使用图1的系统的另一示例软件平台的示意图；

图9示出了来自与图7或图8的软件平台一起使用的移动应用的一系列示例屏幕截图；

图10示出了来自与图7或图8的软件平台一起使用的移动应用的一系列其他的示例屏幕截图；

图11示出了如在移动应用内显示的飞机布局；以及

图12示出了如在移动应用内显示的另一飞机布局。

应注意，附图是为了简化而示出的并且不一定是按比例绘制的。类似的特征被提供相同的附图标记

具体实施方式

标签可以是RF标签，包括RFID和WiFi标签。可以使用包含监督学习的系统来实现标签的定位。由于非视线传播和室内障碍物的存在，可能难以确定室内或室外标签的位置。可以通过执行特别针对给定空间(例如，咖啡店、图书馆、文档柜等)定制的训练时间段来实现标签定位。

可以使用包含天线的标签读取器来获得关于标签的信息。标签读取器可以包括接收信号强度指示符(RSSI)以确定接收信号的特性或属性。此外，使用通过使用单个天线、使用不同天线或天线阵列从不同接收位置获取的RSSI来进行接收信号的测量。还可以使用移动天线来模拟天线阵列。信号的到达角(AoA)也可以用于定位，并且可以通过测量不同天线或位于不同位置的同一天线处的接收信号(来自同一标签)之间的相位差来确定AoA。

每个标签、发送器或射频(RF)通信电路的位置信息可以绑定到不同读取器和/或不同接收位置处的接收信号的属性。位置信息可以是绝对的(x、y、z)或相对的(例如，在架子上、靠近桌子、靠近门、右边第四个架子等)。

信号属性主要是在不同读取器处测量的接收信号强度和AoA，但可以使用其他属性。在训练阶段，参考标签可以被部署或定位在感兴趣的点，它们的位置信息(绝对的和相对的)被存储为标签(或以其他格式)，并且它们的信号信息被存储为特征或绝对值。测试标签可以分布在整个空间中。训练阶段可以使用未经训练的操作员来执行。典型的训练阶段可能需要一到两个小时才能完成。训练阶段可以在室内或室外环境变化(例如，更换家具)之后进行重复。

可以将特征和标签(或定义标签的位置和信号属性的其他数据)引入有监督机器学习算法，以便在使用相对位置标签时建立分类或校准模型。可以使用回归模型，尤其是当使用连续位置变量时(例如，x、y和z轴)。可以使用不同的机器学习方法，包括但不限于贝叶斯分类器、线性回归、逻辑回归、神经网络和支持向量机。

在测试或校准阶段期间，部署标签并且可以测量定位预测模型的准确性(回归或分类)。

用户不一定在寻找标签本身，但他们可能正在搜索附接到标签的资产、物品或目标(例如，对象或文档)。这些资产关联(标签/资产)可以被存储在数据库中。例如，每个标签可以具有唯一标识符，其可以与信号一起发送和接收。标签可以由标签读取器所发出的发送信号询问，或者在没有提示的情况下(例如，间隔地)发送。

可以提供具有搜索引擎的网络服务或桌面应用以供用户用于定位标签和/或资产。用户可以向搜索引擎输入关键字并接收对资产以及标签ID的建议。用户可以选择与其标准匹配的记录(资产/标签ID)。后端组件可以查找该标签的最新信号信息并使用所学习的模型来预测其位置。该位置作为输出发送给用户。该位置可能已经被预先确定、存储在数据库中并作为输出被提供，而不是在请求时计算位置。

系统也可以按需运行。在这种情况下，查询可以提示接收来自标签的一个或多个信号。可以激活一个或多个标签读取器，使得仅在提交请求时确定信号和信号属性或特征。

可以使用一系列不同的标签来实现该系统。然而，可以使用以下描述的标签和标签读取器，并且这些标签和标签读取器仅作为示例被提供。

图6示意性地示出了从位于空间内的不同位置处的标签或测试标签的组接收的RSSI测量值。

跟踪系统使用环境能量来监测和分析远距离物品的状态。该系统使用可以形成通信系统网格的无线传感器网络。

该系统可能包括若干部分，包括：

1.节点、接入点节点(APN)或标签读取器，用于从分布式标签收集数据和信息。

2.“标签”或“智能传感器板”(EPT或终点标签)，可以监测部件的状态以便报告给多个节点。

3.软件界面设计，用于链接和监测来自分布式传感器的采集数据。

该节点设计建立与标签的优选安全连接以确保和保护数据传送并减少冗余。使用特定和通用帧格式来封装数据。

标签使用具有可用于恶劣环境的外部盒子或外壳设计的稳定且可靠的无线传感器板。标签由从操作站点收集的能量自供电，并且可以使用无线(例如，Wi-Fi)数据连接进行通信。

标签形成能量收集无线传感器网络(EHWSN)。标签通过定义无线协议发送数据并从至少一个或两个源接收能量：发射RF生成信号和振动模块。标签调节这两个源以便为微控制器、无线收发器和其他传感器提供稳定的电源(无需任何外部充电电池供电)。标签可以由(一个或多个)接入点节点(APN)发起并部分(或全部)地供电，该(一个或多个)接入点节点还应收集、处理和发送校对数据以用于向前传输或存储。

图1示出了跟踪系统10的示意图。若干项被包围在虚线框15中，并且这些项可以彼此非常接近(彼此几毫米到几十米)。例如，虚线框15内的所有项可以在特定物品(例如，车辆、飞机、船舶、火车、汽车、卡车、动力模块工厂、太阳能模块工厂等)内。标签读取器或询问器20具有用于与各个标签40进行无线通信的天线30。在该图中，示出了三个标签40，但可以使用从一以上的数字。每个标签可以包含机械能到电能转换器50、一个或多个RF通信电路(例如，发送器、收发器或单独的接收器和发送器)60和控制器70。RF通信电路60可以提供至少两个功能。这些功能可以是与标签40进行通信(例如，使用WiFi)以及向标签40提供RF功率。在远程站点，可能存在具有关联数据库90的服务器80。服务器80通过广域网100与标签读取器20进行通信，该广域网100可以是互联网、蜂窝网络、卫星系统或其他无线(或部分有线)通信网络。服务器80(可以是物理的或基于云的)可以监测多个不同的标签读取器20，但为了简单起见在该图中仅示出了一个。例如，可以在每个地点或车辆中使用多个标签读取器20。

因此，标签40仅需要在相对短距离上进行通信，但可能附接到每个标签40的各个物品可以在任何距离处进行高效地跟踪并由服务器80集中地监测。例如，服务器80可以通过网络100向一个或多个标签读取器20发送信号，标签读取器20通过其天线30发送将由每个标签40接收的信号，并且作为响应，每个标签将信号发送回标签读取器20。这些数据可以通过网络100被传送回服务器80并且可选地记录在数据库90中。因此，标签和附接到未进行响应的那些标签的物品可以被确定为丢失。此外，应位于特定系统15(例如，飞机的原始部件)内的标签40可以由另一系统15中的不同标签读取器20在别处找到，在其接收到来自该特定错位标签40的数据信号时。然后，该不同标签读取器20可以通过标签读取器20将新位置报告给服务器80，服务器80可以响应地更新数据库90。在一个示例中，标签40可以附接到飞机部件(例如，发动机)。如果发动机被移除并移动到新飞机，则新飞机上的标签读取器20可以报告存在这种部件，其可以自动地被记录和审核而无需额外的文书工作。

系统10可以在标签读取器20没有发出任何询问信号的情况下操作。相反，每个标签40可以发送(没有提示)由标签读取器20接收的常规数据信号。服务器80可以从任何一个或多个标签读取器20请求最后一组接收的数据。系统10还可以以任一模式或两种模式操作(常规数据传输和/或询问信号和响应)。

图2更详细地示出了各个标签40的示意图。控制单元70被示出为连接到RF收发器(或发送器)60和机电转换器50，其向控制单元70提供DC或AC功率(例如，使用DC/DC或AC/DC转换器)。附加的外围设备或传感器110可以附接到控制单元70。以太网传输单元120可以使用RF收发器(或发送器)60提供互联网协议通信。通用输入/输出单元130也可以连接到控制单元70以用于其他通信(例如，测试、设置、固件更新等)。

机电转换器50可以是压电振动传感器，其可以在标签40移动或振动(这可能由于车辆(例如，飞机)内的运动或振动)时暂时地提供电力。这种能量收集为标签40提供了足够的功率，使得它不需要依靠附近的询问信号来获得功率，并且其范围得以延长。例如，这在大型车辆中是重要的，例如，较大飞机、船舶和火车(其能够容纳单独的标签读取器20)。然而，如果足够强(即如果标签读取器20靠近标签40)，则每个标签40可以额外地包括从询问信号获取能量的电路。因此，标签40可以具有多个电源。

图3示出了标签40，并且还示意性地示出了可以生成能量并用于为控制单元70和标签40内的电子部件供电的两种方式。具体地，压电振动传感器210被示出为连接到AC到DC转换器。RF源230(例如，来自标签读取器20)产生由集成天线220接收的RF能量，集成天线220被连接到DC到DC转换器以便调节信号以用作标签40内的功率。此外，标签可以包括能量存储以用于存储从机电转换器和/或从RF源230收集的能量。

图4示出了另一示意图，其包括标签读取器、标签40的更多细节以及标签读取器20对去往和来自标签的信号的特定处理。在本地环境中可能存在多个询问器300。每个询问器可以各自具有天线30和相关联RF接口。在该示例实现方式中，第一询问器或读取器300使用以太网交换机310通过以太网连接与本地服务器320进行通信。第二询问器或读取器300’与服务器320串行通信。在本地环境15内可能存在多个以太网和/或串联连接的询问器300、300’。例如，服务器与本地数据库330进行通信，本地数据库330可以是MySQL服务器。标签40可以被分组到不同的集合350、360中，并且由询问器300、300’中的任一者或两者个读取。以这种方式，一些处理可以由服务器320在将结果报告给数据处理服务340之前本地地执行，数据处理服务340可以是专用物理服务器80或基于云的网络服务或虚拟化服务器。此该本地系统中可能存在一个或多个标签读取器。

如前所述，每个标签40可以使用一个或两个能量源来供电：

在使用RF能量的情况下，其可以在以下示例频带之间收集和切换：

a.GSM-850上行链路。

b.欧洲RFID和GSM-850下行链路。

c.ISM USA和GSM-900上行链路。

d.GSM-1800上行链路。

e.GSM-1900上行链路。

f.Wi-Fi 2.4GHz。

这些频带或协议中的任何一个或多个也可用于将数据发送回中央服务器80。更一般地，可以使用两个频带，例如：820MHz至960MHz和2.40GHz至2.45GHz。

机械能可以从下列项中的任何一项或多项中收集：

a.低频环境：

i.X、Y和Z加速度。

ii.通常，振动环境在操作模式中可以具有±0.05g之间的加速度，但在睡眠和/或深度睡眠模式中，其可以在应用于0和900秒之间的±0.5g之间。

b.例如，操作模式可以活跃45分钟。例如，睡眠模式可以在240和720分钟之间变化。

3.在标签40上，可以实现多个电路以向低功率控制单元(控制器70)、传感器110和发送器或收发器60传递稳定且可靠的电压。

4.可以向每个标签40提供全向天线(优选地具有接近各向同性的能量图案)。

5.可以使用电容器或电池来存储所生成的能量(来自任一或两个源)并向标签40提供经调节的功率。

6.优选地，使用多个层的SMD(表面安装设备)可以用于减小标签尺寸和占地面积(footprint)。

7.在一些实施例中，机械强化可以用于使得标签40能够承受恶劣环境。更轻并且更小或较不坚固的设计可以用于更良性的环境。

8.标签40可以包括任何或全部下列传感器：湿度、温度、光、外部GPIO(通用输入输出)组件。

接入点设计(RFID标签读取器20)可以收集来自EHWSN(网络)或各个标签40的所有数据帧。例如，RFID标签读取器20可以以高可靠性管理多达8000个同时连接并且避免帧冗余和冲突。RFID标签读取器20可以包括GSM模块以提供广域网连接。RFID标签读取器20和/或标签40上的软件可以使用C、C++或其他适当的语言来编写。

所收集的数据(例如，从一个或多个标签40)可以以适当的格式(例如，CSV或Jason格式)进行封装。可以使用其他格式，例如，数据库格式或标记格式。可以将数据发送到服务器80。RFID标签读取器20可以包括将遵循在标签40内使用的同一无线协议的收发器。在该示例中，RFID标签读取器20可以用8到28伏之间的DC电压进行供电，但可以使用其他电源参数。RFID标签读取器20可以包括能够在限定范围(例如，高达5m、10m、20m、100m或更远)上定位各个标签40或与之进行通信的软件或固件。

标签40的能量源可以使用机械能到电能转换器，例如，压电换能器。然而，这可以通过从RFID标签读取器20的RF发送器导出的功率来补充，优选地使用标签40上的集成全向天线来接收。

标签40可以使用C平台来使用固件进行操作以控制和检测输入并执行用于标签无线定位的算法。控制器70还可以控制和监测从RFID标签读取器20接收的请求，并通过串行和/或以太网通信以适当的格式接收数据帧。RFID标签读取器20还可以包括平台，该平台包括物理本地服务器以管理从标签40接收的数据。该本地服务器可以包括用于在请求时存储和提供数据的数据库。

标签读取器20内用于控制和监测标签的软件或固件平台的特定功能可以包括下列项中的任何一项或多项：

数据收集器管理器(DataCollectorManager)；

队列临时存储装置(QueueTemporaryStorage)；

数据传输管理器(DataTransmissionManager)；

定位管理器(LocalizationManager)；

时间同步管理器(TimeSyncManager)；以及

服务器通信任务(ServerComTask)。

每个标签40内的软件或固件可包括下列项中的任何一项或多项：

数据收集器管理器(DataCollectorManager)；

传感器管理器(SensorManager)；

功率管理管理器(PowerManagementManager)；

传输管理器(TransmissionManager)。

可以包括(一个或多个)应用接口以管理和处理系统中的不同元件或组件之间的数据。这些应用接口可以提供用于实时处理的更稳定和可靠的跟踪应用，具有大数据数据库设计，其优选地是可扩展的。

在一个示例实现方式中，可以使用定位方法或过程来确定一个或多个标签的位置。该示例中的定位方法包括两个阶段。阶段1可以被描述为通过使用距离激活来缩小搜索。

通过使用不同的功率等级，可以标识标签的集合或子组。这可以通过确定对由标签读取器发出的试用或询问信号的响应来实现。例如，这些集合可以被嵌套。可以通过区分来分离或确定集合。例如，集合A可以是标签的全局集合(记录最大信号等级)、集合B可以是中间范围集合(中间范围信号等级)、并且集合C可以是紧密集合(例如，最小信号等级)。在这种情况下，我们可以将标签分为三个组或子组：

·紧密标签：为集合C

·中间范围标签：为差异集合B-C

·远标签：为差异集合A-B

当使用多个天线时，可以形成进一步的划分(集合)。以两个天线的情况为例，其中每个天线具有2级距离激活，在这种情况下，我们可以将标签进一步划分为5个集合。

再以我们具有三个天线和2级距离激活为例。我们可以将空间相应地分成10个集合。

明显地，通过增加天线的数量和增加距离激活的等级的数量，我们可以更精细地调整标签到集合中的分布。例如，在直线拓扑中(如在飞机上或在火车中)，可以实现10个功率等级(例如，3、6、9、...、30dbm或dB)，并且我们针对每个功率等级进行10次RSSI测量。在我们的轨迹中的每个新位置处重复该过程。

在配备有相对坐标(这可以是一个坐标(如距起点的距离)、两个坐标(如地图中的位置)、或三个坐标(如3D地图中的位置的))的移动天线的情况下，移动天线可以表示不同位置中的多个天线，这类似于涉及多个接收天线的情况。可以在离散位置处(例如，在假设天线可以以恒定速度移动的离散时间段)获取天线测量。天线/读取器可以配备有陀螺仪和/或加速度计以测量距原点的距离。下面提供关于该装置的细节。

在直线拓扑中(如在飞机中)的移动天线的情况下，可以使用到达角(AoA)测量将每个集合分成两个子集(左子集和右子集)。可以使用旋转定向天线来测量AoA。

阶段2：将标签与在校准阶段期间学习的模式匹配。在多个天线的情况下，可以使用机器学习分类来将标签与位置匹配。

分类器的输入可以包括：

·如由不同的天线记录的对标签的接收RSSI/相位的测量。这些测量可以形成n维向量，其中，n是测量的数量。

·具有标记的、预定的或已知位置的先前校准的标签模型。

该过程已经用分类器(例如，支持向量机)进行了测试，它显示出非常好的准确性。在(一个或多个)移动天线的情况下，通过使用固定离散位置处的测量，这可以被认为是多个天线。在另一示例中，测量模式可以使用特殊或特定距离度量与校准模式相匹配。例如，动态时间扭曲(DTW)可以用作相位模式的距离测量。

可以在跟踪路径移动之后定位来自未知指定(起始)点的移动读取器。这提供了标签的即时(实时)定位。准确的方向测量在移动点的定位中起着关键作用。已经采用了不同的技术来实现方向的测量。

基于惯性的传感系统具有完全独立的优点，使得测量实体既不受运动也不受任何特定环境或位置的约束。该设计包括陀螺仪和加速度计，实现旋转和平移运动的跟踪。为了在三维中测量，可能需要包括三个(相互)正交的敏感轴的三轴传感器。磁性、角速率和重力传感器可以用于混合设计，其包括三轴磁力计。利用该配置可以测量相对于重力方向的姿态，这在当前情况下是足够的。

可以称为AHRS(姿态和航向参考系统)的该系统能够提供相对于重力方向和地球磁场的方向的完整测量。陀螺仪测量角速度，如果初始条件已知，则角速度可以随时间积分以计算传感器的方向。可以使用MEMS(微机电系统)设备(例如，作为加速度计和陀螺仪)。陀螺仪测量误差的积分可能导致所计算的方向的累积误差。因此，陀螺仪单独可能需要额外的传感器来提供方向的绝对测量。

加速度计和磁力计可以分别测量地球的重力场和磁场，从而提供方向的绝对参考。方向滤波器的任务是通过使用陀螺仪、加速度计和磁力计测量来计算单个方向估计。卡尔曼滤波器已成为大多数方向滤波器和商用惯性方向传感器的接受基础；xsens(Xsens技术(RTM))、微应变(MicroStrain Inc.3DM-GX3)、VectorNav(来自VectorNav Technologies的VN-100)、Intersense(来自InterSense的InertiaCube2+)、PNI(来自PNI传感器公司的Spacepoint Fusion)和Crossbow(来自Crossbow Technology的AHRS400)都产生基于其使用的系统。

为了获得移动扫描仪的更准确的定位，已经应用了分析导出和优化梯度下降算法，从而能够以低采样率提高性能。在线磁失真补偿算法；以及陀螺仪偏置漂移补偿可以进一步提高精度。

根据以下示例值执行数据采集：

·三轴陀螺仪(例如，±2000°/s，400Hz采样率)

·三轴加速度计(例如，±16g，400Hz采样率)

·三轴磁力计(例如，±1300μT)

可以使用功率选择优先级。这可能有助于满足特定法规(例如，航空领域)。该系统还可以与文档一起使用(例如，跟踪、排序和归档)。每个标签和/或读取器的预期寿命可达15年或20年。每个标签可以是柔性的和/或可以被配置为符合其可以所附接的物品的形状。

在一个示例中，标签(终点标签或EPT)和读取器(APN)之间的操作功率范围可能需要10-12m的范围并且可以考虑各种类型的障碍物，包括：塑料、金属和玻璃。EPT的尺寸可以符合ISO/IEC 7810，其为ID-1:85.60×53.98mm。标签外壳可以尽可能薄，并且可以包括集成太阳能薄膜。

标签可以由多个能量源(例如，下列项中的任何一项、两项或三项)供电：

i.当可用时，RF能量可以从示例频带的下列列表收集并可以切换(或者更一般地，可以使用两个频带，例如：820MHz到960MHz和2.40GHz到2.45GHz)：

a.GSM-850上行链路。

b.欧洲RFID和GSM-850下行链路。

c.ISM USA和GSM-900上行链路。

d.GSM-1800上行链路。

e.GSM-1900上行链路。

f.Wi-Fi 2.4GHz。

ii.标签上的收集器可以连接到标签的PCB上的集成全向天线，并且它可以选择性地收集1.2伏特来为升压器或电压转换器供电，以提供3.3伏特来为SMD超级电容器(Vcap)充电，并然后供应控制、传感器和传输单元。

a.示例收集器可以是提供下列项中的任意一项或多项的芯片组：

i.高达75％的高转换效率。

ii.-17dbm至+20dbm的宽RF工作范围。

iii.宽频率范围：100MHz至6GHz。

iv.包装SC-70。

b.升压器可以是提供下列项中的任意一项或多项的芯片组：

i.高达95％的高效率。

ii.包装：SOT23-6。

iii.能够提供5.5V@50mA输出。

c.RF到DC电路可以变换和收集上述频率或频带。

iii.太阳能收集优选地集成在EPT的外部封装上。

iv.在EPT的PCB上实现的调节器可以支持多种能源。该设计定义了存在RF能量以进行操作，否则调节器根据参考图5描述的方案限制或关闭功率。

用于太阳能和振动压电的DC调节器(具有双AC输入)可以使用QFN 6×6×0.85mm尺寸封装。这可以在3.3伏特上提供高达100mA的输出电流。替代地，可以使用另一零功率无线传感器(在这种情况下，可能需要不同的微控制器)。

图5示意性地示出了标签40的不同电源。

机械收集能量：

a.低频环境(振动能量)：通常，振动环境在工作模式下将具有±0.05g之间的加速度，但在睡眠和深度睡眠模式下，加速度将在±0.5g之间，所考虑的时间在0到1350秒之间。

b.操作时间可以被限制为最大45分钟，睡眠模式可以在240和720分钟之间变化。

c.声能收集(这可能取决于环境，包括飞机能量分配)。

2.可以实现EPT内的多个电路以向低功率控制单元、传感器和收发器提供稳定且适当的电压。

3.EPT的PCB上的全向天线设计可以从所有方向可靠地接收RF能量以便始终并且在所有位置是可操作的。

a.天线可以接收具有多个极化的发送能量：垂直、水平和圆形：

i.对于RF能量，具有天线馈电的接收信号的具有λ/4波长的正交天线以及示例阻抗75Ω。

ii.匹配网络电路(在发送器和接收器之间)避免或减少电磁干扰(EMI)。

iii.天线或多天线带宽可以覆盖从860MHz至960MHz、2.39GHz至2.45GHz(高达1％最小反射率作为可选最大值)。

iv.回波损耗天线不超过5％以改善图案辐射。

v.接收器可以在32mA负载下以最小3.3伏特操作。

b.在多层路径PCB设计上提供具有多路径接收(各向同性图案接收)的智能天线。替代地，可以使用芯片智能天线来减少PCB上所需的空间。

c.天线设计可以符合HID规定。

4.使用特定超级电容器(例如，细线2.0mm 5V 85mF 85mΩ)。

5.具有多个层的SMD(表面安装设备)提供小标签尺寸(例如，最大尺寸为信用卡尺寸)和占地面积。柔性形状可以与由强健的扁平电缆互连的多个迷你板一起使用。EPT的PCB布局可以分为可分开的多个模块。

6.可以根据需要在普通环境和/或恶劣环境下为PCB标签提供盖子。

7.EPT可以包括以下传感器：温度、光线、外部GPIO(通用输入输出)、湿度等。

8.(一个或多个)EPT和(一个或多个)APN之间的通信内的安全性和加密。

9.可以执行用于板上混合信号处理测试的功能的模拟。

10.EPT和APT的固件可以使用C代码或其他适当的编程语言。此代码至少能够执行下列项中的任何一项或多项：

a.通过中断编程读取多个传感器：光、温度、湿度。

b.GPIO输入准备好将数据和高达3.3伏特的电压等级读取到控制单元。

c.编码和固件可以符合：航空标准，如RTCA DO-178C、DO-178B、ARP4754和DO-254。

11.微控制器可以是具有毫微瓦特的16位(QFN封装)，具有以下消耗属性中的任何一个或多个：

a.20nA深度睡眠模式。

b.25nA睡眠模式。

c.实时时钟为500nA但处于睡眠模式状态。

d.1MHz时的195uA的运行模式。

e.从睡眠模式5uS唤醒。

f.-40C至125C。

12.无线通信可以基于具有集成天线的P2P无线协议(Tx操作32mA和Rx操作21mA)。

13.外壳的机械设计可以包含薄太阳能薄膜(例如，PV)并且可以具有尺寸：46×30×0.2并且例如重0.2g。

APN：

示例接入点节点(APN)可以提供：

1.接入点可以收集来自EHWSN标签或EPT的所有帧。它能够以高可靠性管理5000个同时连接以避免帧冗余和冲突。

2.所收集的数据可以封装成csv或Jason格式(这可以更改)并发送到服务器以与特定应用相接口，以便监测用户的数据。

3.接入点收发器可以遵循EPT的同一无线协议。

4.APN可以用25到32伏特之间的DC电压(通常为28VDC)供电。

5.APN的固件可以以可接受的误差(5cm-25cm)来定位EPT，该误差将根据操作环境来限定。

6.APN可以使用集成ARINC读取器协议来通过外部服务器IP和端口传送数据。还可以根据请求通过GPRS/GSM通信来传送数据。

7.APN和EPT可以包括两个方向通信以通过无线通信协议来按需读取和更新分布式EPT上的数据。

8.通信(一个或多个)APN和服务器IP的安全性和加密。

9.APN的控制单元还基于16位IC，另一集成模块使用USB来报告从EPT收集的帧。

10.所使用的无线接入点可以是与无线通信协议(APN的一部分)一起使用的子板(Daughter board)接入点。

RF发送器：

1.EPT能量源可以主要由RF发送器供电(但在适当的情况下还包括机械能补充)，其可以利用集成全向天线来提供高范围的覆盖。该发送器可以集成在APN内部。

2.在30KHz和2.4GHz之间进行的板中的(混合信号问题)以及空中的RFI(射频干扰)条件(针对APN和EPT)不应干扰以下信号：

a.频带117.975-137.000MHz中的使用。

b.频带108-117.975MHz中的使用。

c.针对DME的频带960-1215MHz中的使用。

d.频带5030.4-5150.0MHz中的使用。

RF发送器的天线优选地是具有360能量图案分布的各向同性全向天线。

提供包括用于移动设备(例如，膝上型计算机和平板计算机)的应用的软件平台以校准和使用标签来监测物品、它们的存在和位置。软件平台的组件包括服务器。优选地，服务器是可缩放的，因此可以使用云技术来实现。在一个示例实现方式中，服务器是弹性豆茎(beanstalk)应用。弹性豆茎提供了支持弹簧引导(Spring boot)应用的特定容器。在该示例中使用单个Ec2实例(亚马逊网络服务)，其可以使用负载平衡器自动扩展为多个实例。可以使用其他云提供商(或物理服务器)。存储装置优选地是相关数据库。

弹簧引导应用代表所有服务器功能。弹簧引导提供了一种简单灵活的方式来处理安全配置、MVC控制器和存储服务。例如，在两分钟时隙内使用可刷新统一资源标识符来针对应用(例如，移动应用)和服务器之间的通信创建高度安全信道。

服务器管理以下功能并使用实时处理：

-添加车辆(例如，飞机)及其乘客住宿布局(LOPA)，能够由用户针对任何飞机类型来创建个性化LOPA，并然后将其发送给客户端应用(例如，移动应用)。移动应用称为监测和定位(Monitor and Locate，M&L)。

-将(例如，四种)资产类型添加到飞机或其他物品，并然后使用用户友好界面将它们附加到每个座位。

-所需程序和标准的个性化间隔管理规则。

-用户可以访问一个或多个车辆(例如，飞机)的信息和功能。

-每个飞机都有一套资产。

-每个飞机都经过一次或多次审核。审核具有若干类型和形式的报告或结果。

软件平台的另一组件是移动应用客户端(M&L)。移动应用分为三个主要层(如图7所示)。应用模块和组件被构造为多个层。该结构允许根据其业务目的和类型将代码和组件解耦。每个层都有自己的目标和范围。

通信层封装了建立请求或从(远程)服务器接收响应所需的所有操作和类型。服务器公开休息网络服务，该休息网络服务是数据的提供者(替换图7中缺少的数据层)。为了使用其余的网络服务，通信层集成两个模块：

1.休息客户端：其是休息服务客户端的实现方式(实现通信协议(例如，http动词、基本url和uri格式))。

2.序列化器(serialiser)模块：其负责将对象(数据传输对象)变换(转换)为可以集成到请求/响应(例如，作为主体或头部)的序列化版本。

图8示出了另一示例软件平台。

业务逻辑层(BLL)包含由应用实现的智能。BLL包括主要模块，包括：

1.模型：模型代表接口(程序化而不是UI)和所有所需类别。模型包封装了将构建业务所需成员(数据和动作)的所有类别。

2.实用工具(Utils)：代表促进业务操作所需的一组操作，如：文件中数据的持久性以及类似的特定功能。

3.核：这是组织解决方案的结构实体。

表示层封装了实现用户体验的所有必要组件(包括UI和行为处理程序)。该层分布在三个概念中：

1.活动：表示从基本安卓活动(或另一OS)导出的自定义活动。它提供额外的标准行为(例如，注销、设置、绑定协议、导航、交互数据传输等)并封装自定义数据。

2.视图模型：表示MVVM设计模式的视图模型组件的自定义实现方式。它负责处理交互和数据绑定。

3.视图：表示产生用户界面的xml文档。

该层包含可过其他应用模块可以访问的所有横向操作和服务，并确保应用的强健性。

MVVM模式实现了强健的应用并允许单元测试。

应用数据用户界面细节：

图9和图10包括从移动应用用户界面获取的示例屏幕截图。以下描述了在这些屏幕内(即在移动设备的显示器内)显示的动作和数据。移动设备可以包括用于检测标签的天线或读取器，或者可以与这种标签读取器进行通信。

认证：系统允许用户通过提供用户名和密码对以及位置来登录应用(移动应用)。

资产数据输入：每个飞机(或飞机类型)可以具有一组特定资产，其具有在控制处理过程中将考虑相关联数据。该自动检索保证了获取与飞机相关的正确数据集。

在设置过程期间，技术人员(移动应用用户)通过扫描飞机条形码开始。应用向服务器发送请求相关数据(例如，称为资产地图数据(Assets MapData)的资产集合以及LOPA，其是飞机乘客住宿布局)的请求。

所接收的数据允许用户能够进行进一步的应用步骤。一旦接收到数据，用户可以选择“检查”(执行检查过程)或执行初始设置过程。

LOPA上的智能资产跟踪：该应用允许用户获取飞机LOPA内的资产分布(例如，方向和位置)的图形表示(图12示出了如在移动应用内显示的这种布局)。图形视图表示提供RTLS(实时定位系统)的实时扫描视觉报告。系统按照框来管理和跟踪扫描过程。框是在服务器侧预定义的一组资产。

技术人员通过使用移动应用选择扫描按钮来启动全球飞机资产扫描。每个资产都有自己的标签(例如，上述标签)。扫描过程使用上述系统来定位每个标记的资产。根据前面描述的方法，也可以提前执行资产位置的校准。技术人员或用户可以穿过飞机的过道并逐步扫描资产。同时，应用将显示扫描结果。对于每个扫描的框，技术人员能够观察任何检测到的不一致(通过在移动设备的屏幕上显示的LOPA地图视图上的颜色编码引脚或指示符)。

·红色引脚：未在预定义框内检测到资产。然后该资产被视为丢失或标签可能不起作用。

·橙色引脚：在预定义框内检测到资产但已期满(每个标签可以具有相关联期满日期)。

·绿色引脚：正确地检测到资产(在其框中)并且没有相关联期满动作。

·灰色引脚：正确地检测到资产但具有与其关联的期满动作和/或具有警报以指示将在特定的预定义时间帧内发生期满。

根据扫描结果，用户可以：

1.通过重新扫描来重新启动当前扫描(尝试更正丢失的扫描资产)。

2.继续扫描(可以通过点击忽略将其视为丢失资产，以便它们可以继续)。

扫描报告：查看从“LOPA跟踪”用例扫描检测到的所有不一致的摘要报告。应用向技术人员显示丢失和期满资产(具有期满关联动作(例如，替换救生衣(lifevest))的资产)的列表。

该列表可能处于只读模式(以防止篡改或与结果的其他交互)。

可以区分两种不一致类型(例如，使用不同的颜色代码)：

红色线：丢失资产。

橙色线：具有期满关联动作的资产。

灰色线：即将期满的资产(例如，剩余15天或更短时间期满-这可以在服务器处编程)。

所需部分：该用例的目的是促进解决任何所标识的不一致。可以通过按照部分编码对资产进行分组来实现快速库存跟踪。

替换资产：其目的是解决先前确定并在所需部件用例中列出的不一致。技术人员选择(例如，点击屏幕)每个列表线并正确地填写新资产的细节。EPC允许RFID扫描并手动输入行和位置(例如，座位号)。可以扫描替换资产的条形码以获得其序列号，或者可以手动添加这些数据。在正确输入或扫描入数据之后，用户确认替换已经发生，这使得更新特定飞机资产状态。

初始设置：该用例的目的是通过执行以下三个不同的动作来发起“初始设置”过程：配置、验证1和验证2。这些行动可以在飞机内发起资产安装。技术人员使用其凭证进行登录。技术人员标识位置并将用户导航到相关视图，以便在移动应用内发起该过程。

如本领域技术人员将理解的，在不脱离如由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以改变上述实施例的细节。

例如，可以使用(例如，基于飞轮或弹簧的)其他机械到电力发电机。可以根据需要请求实时处理或数据。超级SMD电容器可以用于快速充电和供电。可以使用具有可扩展选项的存储器。可以在标签和/或读取器上使用各向同性天线。命令可以通过受控发射信号从读取器发送到标签。标签内的报告和监测可以根据需要自动执行。可以从标签读取器的每个标签读取数据以及将数据写入标签读取器的每个标签。可以使用振动和/或在声学波长等级处收集特定或调节的能量。此外，太阳能可以用于为标签供电。可以使用AC/DC和/或DC/DC模块和/或降压变换器来调节这些电源，以对电容器或超级电容器或电池进行充电。

每个标签可以在EHWSN内部，因此它们将被连接到标签读取器，标签读取器可以通过(飞机)总线或GSM(例如，到云服务器的固定IP和端口)连接到互联网。可以在每个标签内使用多个天线(例如，三个)，以便提供不同的范围、方向、协议、频率和/或其他通信模式。标签能量源可以在机械和RF之间切换(例如，从读取器)。

对上述实施例的特征的许多组合、修改或变更对于本领域技术人员将是明显的并且旨在形成本发明的一部分。通过进行适当的改变，可以在任何其他实施例中使用与一个实施例或示例有关的具体描述的任何特征。

Claims

1.一种用于校准标签定位系统的方法，包括以下步骤：

接收来自所述测试RF通信电路中的每个测试RF通信电路的信号；

确定每个所接收的信号的属性，其中，所确定的属性与生成所述信号的所述测试RF通信电路的已知位置相关联；以及

根据每个所接收的信号的所确定的属性和相关联已知位置来生成经校准空间的模型，其中，所述模型基于从所述测试RF通信电路接收的信号和相关联已知位置来提供指示信号产生标签的位置的输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所接收的信号的所述属性是信号强度、幅度、频率、极化、和/或到达角中的任何一个或多个。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述信号是从一个或多个标签读取器接收的。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括在接收到所述信号时确定所述一个或多个标签读取器的位置的步骤。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所确定的位置是相对于已知位置来确定的。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述一个或多个标签读取器的位置是从所述一个或多个标签读取器内的一个或多个传感器确定的。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述一个或多个传感器是加速度计和/或陀螺仪中的任何一个或多个。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，还包括移动每一个或多个标签读取器并在每次移动之后接收来自所述一个或多个测试RF通信电路的信号的步骤。

9.根据权利要求8所述方法，其中，所述一个或多个标签读取器的位置是在所述移动步骤期间或之后确定的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在所述校准空间内发生变化之后重复所述接收、确定和生成步骤。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，生成所述模型包括一个或多个机器学习算法。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述机器学习算法是选自下列项中的任何一项或多项：贝叶斯分类、线性回归、逻辑回归、神经网络和支持向量机。

13.一种用于定位具有射频RF通信电路的标签的方法，所述射频RF通信电路被配置为产生信号，所述方法包括以下步骤：

接收来自所述标签的信号；

确定所接收的信号的一个或多个信号属性；

提供所述一个或多个所确定的信号属性作为对根据权利要求1至7中的任一项的方法生成的校准模型的输入；以及

使用所述模型生成输出，所述输出指示所述标签的位置。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，来自所述标签的信号是由一个或多个标签读取器在多个位置处接收的。

15.根据权利要求13或14所述的方法，还包括在接收到所述信号时确定所述一个或多个标签读取器的位置的步骤。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所确定的位置是相对于已知位置来确定的。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，所述一个或多个标签读取器的位置是从所述一个或多个标签读取器内的一个或多个传感器确定的。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述一个或多个传感器是加速度计和/或陀螺仪中的任何一个或多个。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，还包括移动所述一个或多个标签读取器并在每次移动之后接收来自所述标签的信号的步骤。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述一个或多个标签读取器的位置是在所述移动步骤期间确定的。

21.根据权利要求13至20中任一项所述的方法，其中，所述信号是使用多个标签读取器在多个位置处接收的。

22.一种跟踪系统，包括：

一个或多个标签读取器，每个标签读取器包括天线，所述天线被配置为接收射频RF信号并确定每个所接收的信号的一个或多个属性；

一个或多个射频RF通信电路，被配置为生成要由所述一个或多个标签读取器接收的信号；

一个或多个处理器；以及

存储指令的存储器，所述指令使得所述一个或多个处理器：

根据每个所接收的信号的所确定的一个或多个属性以及所述RF通信电路的相关联已知位置生成空间的校准模型，其中，所述模型基于从测试RF通信电路接收的信号和相关联已知位置提供指示标签的位置的输出。

23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述指令还可以使得所述一个或多个处理器：

根据标签信号提供一个或多个进一步确定的信号属性作为所述对校准模型的输入；并且

使用所述校准模型生成输出，所述输出指示所述标签的位置。

24.根据权利要求22或23所述的系统，还包括：

数据库，被配置为存储标签和/或附接到所述标签的相关联物品的所确定的位置。

25.根据权利要求22至24中任一项所述的系统，还包括互联网接口，被配置为接收标识标签或附接到所述标签的物品的查询，并且作为响应，提供所述标签或相关联物品的位置。

26.根据权利要求22至25中任一项所述的系统，还包括移动设备，被配置为接收指示所述标签的位置的输入。

27.根据权利要求26所述的系统，还包括服务器，被配置为向所述移动设备提供指示飞机布局的数据，其中，所述输入指示所述标签的与所述飞机布局内的位置相对应的位置。

28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述服务器还被配置为存储一个或多个标签的位置。

29.根据权利要求22至28中任一项所述的系统，其中，所述一个或多个标签读取器还包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置为生成指示所述标签读取器的位置或移动的数据。

30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述一个或多个传感器是加速度计和/或陀螺仪中的任何一个或多个。

31.根据权利要求29或30所述的系统，其中，所述指令还使得所述一个或多个处理器在接收到所述信号时根据所生成的数据确定所述一个或多个标签读取器的位置。

32.根据权利要求31所述的系统，其中，所确定的位置是相对于已知位置来确定的。

33.根据权利要求31或32所述的系统，其中，所述一个或多个标签读取器的位置是在所述标签读取器移动到新位置期间和/或之后确定的。