CN115828957B - 一种基于rfid的相控天线功率分配系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RFID的相控天线功率分配系统，该系统通过对各段时间内各覆盖区域内的RFID标签数量进行统计，对于一个时间段内有规律的覆盖区域，则按照其对应的标签数量与标签数量比值对天线增益进行调节，并在此期间降低该区域的电场方向辐射图的激活频率，对于没有规律的覆盖区域，则按照频率分配值P来对各区域的电场方向辐射图的激活频率进行调整，相较于轮询的方式来激活各个区域的高增益的电场方向辐射图，能够在对应时间加快对数量大、变化快的区域的扫描监控，避免局部区域数量变化大、变化快导致部分RFID标签无法清楚、准确的表达，影响射频识别的准确度的问题。

Description

一种基于RFID的相控天线功率分配系统

技术领域

本发明属于相控天线技术领域，具体的，涉及一种RFID相控天线功率分配系统。

背景技术

射频识别(RFID)是一种无线通信技术，相较于传统的机械接触或者光学接触识别方式，其优点在于能够穿透雪、雾、污垢等遮挡物，实现无接触的识别，因此在现代智能领域尤其是无人监控领域有着较多的应用；

现有技术中在通过射频识别技术进行商超、仓库中进行应用时，存在不同区域的射频标签密度不同，流动性较大的问题，在通过射频识别技术进行清点时，由于特殊情况导致射频标签变化量大、变化速度快时，可能会导致部分射频标签不能被清楚、准确的识别，此时为了保证清点效果，就需要提升天线的铺设量以及输出功率，从而提升了成本，为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于RFID的相控天线功率分配系统，解决现有技术中通过射频识别技术进行清点时可能会出现部分射频标签不能被清楚、准确的识别，天线的铺设量以及输出功率大导致成本提升的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于RFID的相控天线功率分配系统，包括：

RFID读写器，用于发射交互控制信息，读取RFID标签上的信息；

所述RFID读写器与功率分配器的输入端通信连接，功率分配器的输出端与相移器通信连接，相移器的输出端与各天线单元连接，相位列阵控制器分别与RFID读写器、功率分配器与相移器建立连接；

上述的一种基于RFID的相控天线功率分配系统的工作方法为：

S1、对天线单元的输入信号强度与信号相位的调整，形成一个高增益的指定方向的电场方向辐射图，对指定区域进行信号覆盖；

S2、按照步骤S1中的方法形成n个电场方向辐射图，这n个电场方向辐射图能够对整个目标区域进行覆盖，按照轮询的方式依次激活这n个电场方向辐射图；

S3、在一个电场方向辐射图覆盖区域范围内，每次在该电场方向辐射图激活后，获取该电场方向辐射图覆盖区域内的RFID标签的数量，

将一个记录周期的时间等时长分割为m个记录区，获取其中一个记录区内采集的RFID标签数量均值x；

在以当前时间为始，过去的f个周期内，依次获取一个记录区内采集的RFID标签数量数据，得到x1、x2、……、xf；

计算f个RFID标签数量数据的离散值S，若S大于预设值离散值Sy，则按照xi值与这f个RFID标签数量数据的平均值的差值绝对值从大到小的顺序依次删除xi值，直至S小于等于预设离散值Sy，统计删除的xi值数量w，若w小于等于预设值，则认为在这f个周期内，该记录区对应的该覆盖区域标记为有序区域，并计算参与离散值S计算的xi值的平均值xp，若w大于预设值，则将该记录区对应的该覆盖区域标记为无序区域，并记录w/f值与对应f个RFID标签数量数据的平均值xp1；

S4、按照步骤S3中方法，计算在过去的f个周期内，各个记录区对应的各电场方向辐射图覆盖区域为有序区域或无序区域，并记录有序区域的平均值xp与无序区域的w/f值和对应f个RFID标签数量数据的平均值xp1；

S5、在一个记录区内，对于有序区域，按照该记录区内各有序区域的平均值xp进行天线单元功率的调整与信号相位的调整，降低各有序区域的电场方向辐射图激活频率，xp越大的覆盖区域增益更大；

对于无序区域，根据公式P=γ1*xp1+γ2*w/f计算频率分配值P，根据频率分配值P对对应区域内的电场方向辐射图进行激活，在一个记录区内无序区域对应的P值越大，其对应的电场方向辐射图激活频率越高；

γ1与γ2均为预设的系数，且xp1值与w/f值越大，对应的P值越大。

作为本发明的进一步方案，所述天线单元成线性分布或者矩形阵列分布。

作为本发明的进一步方案，步骤S2中按照轮询的方式依次激活n个电场方向辐射图时按照一次同时激活k个电场方向辐射图的方式来激活所有的n个电场方向辐射图，其中k取值为小于等于n/2的正整数。

作为本发明的进一步方案，所述记录周期为一个电场方向辐射图覆盖区域内RFID标签数量的变化周期。

作为本发明的进一步方案，步骤S3中一个所述记录区的时长为jT，其中T为两次激活同一个电场方向辐射图所需的时间，j为大于等于1的正整数；

作为本发明的进一步方案，当j等于1时，x为单次获取的对应电场方向辐射图覆盖区域内的RFID标签的数量，当j大于1时，x为j次获取的对应电场方向辐射图覆盖区域内的RFID标签数量的平均值。

作为本发明的进一步方案，步骤S5中若xp1小于等于xy，则对对应天线单元不进行功率调整与信号相位调整。

作为本发明的进一步方案，步骤S5中当电场方向辐射图激活后检测到实时的RFID标签数量大于xy时，则根据实时的RFID标签数量调整该区域的电场方向辐射图增益；

xy为天线模块在不进行功率调整与信号相位调整即可实现对对应区域内的RFID标签准确识别的效果时的RFID标签数量。

本发明的有益效果：

（1）本发明通过对各段时间内目标区域的各个电场方向辐射图覆盖区域内的答应RFID标签数量进行统计，获取各个覆盖区域在各个时间段内覆盖的标签数量是否有规律，对于一个时间段内有规律的覆盖区域，则按照其对应的标签数量与标签数量比值对天线增益进行调节，并在此期间降低该区域的电场方向辐射图的激活频率，对于没有规律的覆盖区域，则按照频率分配值P来对各区域的电场方向辐射图的激活频率进行调整，这种方法相较于轮询的方式来激活各个区域的高增益的电场方向辐射图，能够在对应时间加快对数量大、变化快的区域的扫描监控，避免局部区域数量变化大、变化快导致部分RFID标签无法清楚、准确的表达，影响射频识别的准确度的问题；

（2）本发明能够在不增加天线单元铺设数量以及天线整体输出功率的同时就可以实现良好的识别监控效果，降低了系统的铺设成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种基于RFID的相控天线功率分配系统的框架结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于RFID的相控天线功率分配系统，如图1所示，包括：

RFID读写器，用于发射交互控制信息，读取RFID标签上的信息；

RFID标签，用于设置在监控物品上；

天线模块，包括若干天线单元，若干天线单元铺设在目标区域，并能够对目标区域进行信号覆盖；

在本发明的一个实施例中，天线单元成线性分布或者矩形阵列分布；

功率分配器，用于分配各天线的输出功率；

相移器，用于改变各天线的射频信号相位；

相位列阵控制器，用于对功率分路器与相移进行控制，

所述RFID读写器与功率分配器的输入端通信连接，功率分配器的输出端与相移器通信连接，相移器的输出端与各天线单元连接，相位列阵控制器分别与RFID读写器、功率分配器与相移器建立连接；

上述的一种基于RFID的相控天线功率分配系统的工作方法为：

S1、通过相位列阵控制器控制功率分配器与相移器来实现对天线单元的输入信号强度与信号相位的调整，使若干天线单元辐射的电场相互叠加，形成一个高增益的指定方向的电场方向辐射图，对指定区域进行信号覆盖；

通过相位列阵控制器进行调整，能够生成新的电场方向辐射图，从而对新的区域实现高增益的信号覆盖；

其中具体的功率分配按照需要的电场方向辐射图进行计算确定；

S2、按照步骤S1中的方法形成n个电场方向辐射图，这n个电场方向辐射图能够对整个目标区域进行覆盖，按照轮询的方式依次激活这n个电场方向辐射图；

按照轮询的方式依次激活n个电场方向辐射图的具体方法为：

按照一次同时激活k个电场方向辐射图的方式来激活所有的n个电场方向辐射图，其中k取值为小于等于n/2的正整数，k优选为1；

S3、以一个电场方向辐射图覆盖区域为例，每次在该电场方向辐射图激活后，获取该电场方向辐射图覆盖区域内的RFID标签的数量；

将一个电场方向辐射图覆盖区域内RFID标签数量的变化周期标记为记录周期，记录周期根据使用环境不同进行设定，一个记录周期可以为一天、两天、一周或者半个月；

将一个记录周期的时间等时长分割为m个记录区，获取其中一个记录区内采集的RFID标签数量均值x，一个记录区的时长为jT，其中T为两次激活同一个电场方向辐射图所需的时间，j为大于等于1的正整数；当j等于1时，x即为单次获取的对应电场方向辐射图覆盖区域内的RFID标签的数量，当j大于1时，x即为j次获取的对应电场方向辐射图覆盖区域内的RFID标签数量的平均值；

在以当前时间为始，过去的f个周期内，依次获取一个记录区内采集的RFID标签数量数据，得到x1、x2、……、xf；

计算这f个RFID标签数量数据的离散值S，若S大于预设值离散值Sy，则按照xi值与这f个RFID标签数量数据的平均值的差值绝对值从大到小的顺序依次删除xi值，直至S小于等于预设离散值Sy，此时统计删除的xi值数量w，若删除的xi值数量w小于等于预设值，则认为在这f个周期内，该记录区内的RFID标签数量数据存在规律且较稳定，因此将该记录区对应的该覆盖区域标记为有序区域，并计算参与离散值S计算的xi值的平均值xp，反之，若删除的xi值数量w大于预设值，则将该记录区对应的该覆盖区域标记为无序区域，并记录w/f值与对应f个RFID标签数量数据的平均值xp1；

S4、按照步骤S3中方法，计算在过去的f个周期内，各个记录区对应的各电场方向辐射图覆盖区域为有序区域或无序区域，并记录有序区域的平均值xp与无序区域的w/f值和对应f个RFID标签数量数据的平均值xp1；

S5、在一个记录区内，对于有序区域，按照该记录区内各有序区域的平均值xp进行天线单元功率的调整与信号相位的调整，降低对应的电场方向辐射图激活频率，对于平均值xp较大的电场方向辐射图覆盖区域，其增益更大，从而保证对应记录区内，该电场方向辐射图覆盖区域内的RFID标签能够被准确的识别；

对于无序区域，判断xp1与预设值xy的大小，若xp1小于等于xy，则对对应天线单元不进行功率调整与信号相位调整；

若xp1大于xy，则根据公式P=γ1*xp1+γ2*w/f计算频率分配值P，根据频率分配值P对对应区域内的电场方向辐射图进行激活，其中在一个记录区内无序区域对应的P值越大，其对应的电场方向辐射图激活频率越高，当电场方向辐射图激活后检测到实时的RFID标签数量大于xy时，则根据实时的RFID标签数量调整该区域的电场方向辐射图增益；

其中xy为天线模块在不进行功率调整与信号相位调整即可实现对对应区域内的RFID标签准确识别的效果时的RFID标签数量；

γ1与γ2均为预设的系数，且xp1值与w/f值越大，对应的P值越大；

需要注意的是，在步骤S5中，当对应区域的电场方向辐射图被激活并读取对应区域内的RFID标签数量并根据实时的RFID标签数量调节增益至一定值，在该区域的电场方向辐射图退出激活状态并进入下一次激活状态之间的时间，该区域的增益保持调节后数值进行工作；

本发明通过对各段时间内目标区域的各个电场方向辐射图覆盖区域内的答应RFID标签数量进行统计，获取各个覆盖区域在各个时间段内覆盖的标签数量是否有规律，对于一个时间段内有规律的覆盖区域，则按照其对应的标签数量与标签数量比值对天线增益进行调节，并在此期间降低该区域的电场方向辐射图的激活频率，对于没有规律的覆盖区域，则按照频率分配值P来对各区域的电场方向辐射图的激活频率进行调整，这种方法相较于轮询的方式来激活各个区域的高增益的电场方向辐射图，能够在对应时间加快对数量大、变化快的区域的扫描监控，避免局部区域数量变化大、变化快导致部分RFID标签无法清楚、准确的表达，影响射频识别的准确度的问题，在资源有限的情况下，还能够减少天线单元的铺设就可以实现良好的识别监控效果，降低了系统的铺设成本。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于RFID的相控天线功率分配系统，其特征在于，包括：

RFID读写器，用于发射交互控制信息，读取RFID标签上的信息；

所述RFID读写器与功率分配器的输入端通信连接，功率分配器的输出端与相移器通信连接，相移器的输出端与各天线单元连接，相位列阵控制器分别与RFID读写器、功率分配器与相移器连接；

上述的一种基于RFID的相控天线功率分配系统的工作方法为：

S1、对天线单元的输入信号强度与信号相位的调整，形成一个高增益的指定方向的电场方向辐射图，对指定区域进行信号覆盖；

S2、按照步骤S1中的方法形成n个电场方向辐射图，这n个电场方向辐射图能够对整个目标区域进行覆盖，按照轮询的方式依次激活这n个电场方向辐射图；

S3、在一个电场方向辐射图覆盖区域范围内，每次在该电场方向辐射图激活后，获取该电场方向辐射图覆盖区域内的RFID标签的数量，

将一个记录周期的时间等时长分割为m个记录区，获取其中一个记录区内采集的RFID标签数量均值x；

一个所述记录区的时长为jT，其中T为两次激活同一个电场方向辐射图所需的时间，j为大于等于1的正整数；

当j等于1时，x为单次获取的对应电场方向辐射图覆盖区域内的RFID标签的数量，当j大于1时，x为j次获取的对应电场方向辐射图覆盖区域内的RFID标签数量的平均值；

在以当前时间为始，过去的f个周期内，依次获取一个记录区内采集的RFID标签数量数据，得到x1、x2、……、xf；

计算f个周期内同一个记录区域内RFID标签数量数据的离散值S，若S大于预设值离散值Sy，则按照这f个RFID标签数量数据与这f个RFID标签数量数据的平均值的差值绝对值从大到小的顺序依次删除对应xi值，直至S小于等于预设离散值Sy，统计删除的xi值数量w，若w小于等于预设值，则认为在这f个周期内，该记录区对应的该覆盖区域标记为有序区域，并计算参与离散值S计算的xi值的平均值xp，若w大于预设值，则将该记录区对应的该覆盖区域标记为无序区域，并记录w/f值与对应f个RFID标签数量数据的平均值xp1；

S4、按照步骤S3中方法，计算在过去的f个周期内，各个记录区对应的各电场方向辐射图覆盖区域为有序区域或无序区域，并记录有序区域的平均值xp与无序区域的w/f值和对应f个RFID标签数量数据的平均值xp1；

S5、在一个记录区内，对于有序区域，按照该记录区内各有序区域的平均值xp进行天线单元功率的调整与信号相位的调整，降低各有序区域的电场方向辐射图激活频率，xp越大的覆盖区域增益更大；

对于无序区域，根据公式P=γ1*xp1+γ2*w/f计算频率分配值P，根据频率分配值P对对应区域内的电场方向辐射图进行激活，在一个记录区内无序区域对应的P值越大，其对应的电场方向辐射图激活频率越高；

γ1与γ2均为预设的系数，且xp1值与w/f值越大，对应的P值越大。

2.根据权利要求1所述的一种基于RFID的相控天线功率分配系统，其特征在于，所述天线单元成线性分布或者矩形阵列分布。

3.根据权利要求1所述的一种基于RFID的相控天线功率分配系统，其特征在于，步骤S2中按照轮询的方式依次激活n个电场方向辐射图时按照一次同时激活k个电场方向辐射图的方式来激活所有的n个电场方向辐射图，其中k取值为小于等于n/2的正整数。

4.根据权利要求1所述的一种基于RFID的相控天线功率分配系统，其特征在于，所述记录周期为一个电场方向辐射图覆盖区域内RFID标签数量的变化周期。

5.根据权利要求1所述的一种基于RFID的相控天线功率分配系统，其特征在于，步骤S5中若xp1小于等于xy，则对对应天线单元不进行功率调整与信号相位调整；

xy为天线模块在不进行功率调整与信号相位调整即可实现对对应区域内的RFID标签准确识别的效果时的RFID标签数量。

6.根据权利要求5所述的一种基于RFID的相控天线功率分配系统，其特征在于，步骤S5中当电场方向辐射图激活后检测到实时的RFID标签数量大于xy时，则根据实时的RFID标签数量调整该区域的电场方向辐射图增益。

Images