CN110687504B - 基于多频载波相位差的uhf rfid标签测距方法 - Google Patents

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    • G06K7/0008—General problems related to the reading of electronic memory record carriers, independent of its reading method, e.g. power transfer

Abstract

本发明涉及一种基于多频载波相位差的UHF RFID标签测距方法，采用的测距系统包括阅读器、射频线缆和天线。包括下列步骤：将阅读器工作频率设置为f1，使用此频率读取标签；获取此工作频率下标签反向散射信号和阅读器发射信号的载波相位差
Figure DDA0002194645280000011
获取全部n工作频率{fn}下的标签反向散射信号和阅读器发射信号的载波相位差
Figure DDA0002194645280000012
计算双频测距距离；计算最后的测距结果；得到标签到阅读器天线的距离。

Description

基于多频载波相位差的UHF RFID标签测距方法
技术领域
本发明属于物联网领域的UHF RFID方向，属于一种新的UHF RFID标签测距技术。
背景技术
随着互联网和人工智能的发展，物联网应用得到大规模普及。UHF RFID系统由于具有标签无源不需要后期维护，标签成本低，方便大规模部署，可远距离读写等优点，被认为是一种极具应用价值的物联网接入技术。理想条件下，在物联网上，每个真实的物体都可以通过使用UHF RFID标签接入物联网。目前在仓储、物流领域UHF RFID系统已经被广泛应用，UHF RFID标签的读写功能已经很成熟，但是标签的定位问题还没有被有效解决，需要大量的研究。目前基于测距的定位方法相对较多，应用在很多系统中，例如GPS、北斗等卫星导航系统。
UHF RFID标签定位的基础是测量标签到读写器天线的距离。UHF RFID系统的特点是标签使用反向散射模式工作，阅读器收发一体，即阅读器同时具有发射信号和接收UHFRFID标签的反向散射信号的功能。在工作时阅读器需要发射单频连续波信号激活UHF RFID标签，标签通过调整天线的匹配实现对信号的反向散射，将标签内部信息调制到连续波上，反射到阅读器端。因此可以阅读器可以测量发射的信号的载波相位和接收信号的载波相位差。该相位差会随标签距离的改变而改变，因此可以使用相位差的方法对UHF RFID标签进行测距。
发明内容
本发明的的目的是提供一种使用多频相位差测距的方法，以降低相位差测量时的高斯噪声对于测距精度的影响。技术方案如下：
一种基于多频载波相位差的UHF RFID标签测距方法，测距系统包括阅读器、射频线缆和天线，其特征在于，包括下列步骤：
1)将UHFRFID阅读器工作频率设置为f1，使用此频率读取标签；
2)获取此工作频率下标签反向散射信号和阅读器发射信号的载波相位差
Figure BDA0002194645260000011
3)将阅读器切换到下一个工作频率f2，使用此频率读取标签；
4)获取此工作频率下标签反向散射信号和阅读器发射信号的载波相位差
Figure BDA0002194645260000021
5)重复上述过程直至获取全部n工作频率{fn}下的标签反向散射信号和阅读器发射信号的载波相位差
Figure BDA0002194645260000022
6)从全部n个工作频率{fn}和对应的n个相位差
Figure BDA0002194645260000023
取两组频率{fj,fk}和对应的测量载波相位差
Figure BDA0002194645260000024
使用如下公式计算双频测距距离djk
Figure BDA0002194645260000025
其中c是光速；
7)重复步骤6)计算全部n(n-1)/2个频率组合对应的测距结果；
8)使用如下公式计算最后的测距结果
Figure BDA0002194645260000026
9)将上一步计算出测距结果减去信号在系统内传播的距离，得到标签到阅读器天线的距离。
附图说明
图1为本发明流程框图。
图2为UHF RFID标签测距系统示意图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合图1和图2给出一个具体实例。本实例仅限于说明本发明的一种实施方法，不代表对本发明覆盖范围的限制。
UHF RFID标签测距系统如图2所示。系统主要包含UHF RFID阅读器，阅读器天线，UHF RFID标签。UHF RFID阅读器和天线使用射频线缆连接。UHF RFID阅读器和标签工作协议兼用，可以进行读写操作。标签需要放置在阅读器可以识别的范围内。为简化场景，本实施案例中仅包含一个UHF RFID阅读器，一个阅读器天线和一个UHF RFID标签。UHF RFID阅读器可以发送多个频率的信号，由于收发一体的硬件结构，UHF RFID阅读器可以获取发射的信号和接收到的标签反向散射信号的相位差。通过使用多个频率信号的相位差可以进行多频测距，计算标签和阅读器之间的距离。
具体的多频载波相位差测距过程描述如下：
步骤一：在开始多频测距流程之前，需要设定使用的频率集{f1,...,fn}，其中包含n个频率。这些频率需要在协议规定的UHFRFID工作频段之内。
步骤二：UHFRFID根据设定的频率集，将工作频率切换到频率集中的第一个频点，使用这个频率对UHFRFID标签进行读取操作。
步骤三：UHFRFID阅读器测量标签反向散射信号和阅读器发射信号之间的相位差，存储该相位差和当前阅读器工作的频率。
步骤四：判断频率集中的所有频率是否都已经被使用过进行相位差测量，如果所有频率的相位差都测量完毕，则试行下一步骤，否则切换阅读器工作频率，重新对UHF RFID标签进行读取操作，之后执行步骤三测量相位差。
步骤五：从频率集的n个频率中取出两个不同的频率，同时取出这两个频率对应的测量相位差，使用公式(1)计算基于这两个频率测量的距离。
步骤六：判断是否所有n(n-1)/2个频率组合对应的测量距离都计算完毕，如果都计算完则执行下一步骤，否则执行步骤五，继续取两个频率和对应的相位差进行计算。
步骤七：基于所有n(n-1)/2个频率组合对应的测量距离，使用公式(2)计算多频测距结果。
步骤八：将步骤七计算的结果减去系统信号在系统内传播的长度，得到最终多频载波相位差测距结果。

Claims (1)

1.一种基于多频载波相位差的UHF RFID标签测距方法，采用的测距系统包括阅读器、射频线缆和天线，其特征在于，包括下列步骤：
1)将UHF RFID阅读器工作频率设置为f1，使用此频率读取标签；
2)获取此工作频率下标签反向散射信号和阅读器发射信号的载波相位差
Figure FDA0002194645250000011
3)将阅读器切换到下一个工作频率f2，使用此频率读取标签；
4)获取此工作频率下标签反向散射信号和阅读器发射信号的载波相位差
Figure FDA0002194645250000012
5)重复上述过程直至获取全部n工作频率{fn}下的标签反向散射信号和阅读器发射信号的载波相位差
Figure FDA0002194645250000013
6)从全部n个工作频率{fn}和对应的n个相位差
Figure FDA0002194645250000014
取两组频率{fj,fk}和对应的测量载波相位差
Figure FDA0002194645250000015
使用如下公式计算双频测距距离djk
Figure FDA0002194645250000016
其中c是光速；
7)重复步骤6)计算全部n(n-1)/2个频率组合对应的测距结果；
8)使用如下公式计算最后的测距结果
Figure FDA0002194645250000017
9)将上一步计算出测距结果减去信号在系统内传播的距离，得到标签到阅读器天线的距离。
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