CN117420542A - 一种相控阵rfid微波雷达的识别定位追踪方法及系统 - Google Patents
一种相控阵rfid微波雷达的识别定位追踪方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117420542A CN117420542A CN202311357515.2A CN202311357515A CN117420542A CN 117420542 A CN117420542 A CN 117420542A CN 202311357515 A CN202311357515 A CN 202311357515A CN 117420542 A CN117420542 A CN 117420542A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rfid
- array
- positioning
- phased array
- antenna
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 33
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 16
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 11
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 6
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
- G06K17/00—Methods or arrangements for effecting co-operative working between equipments covered by two or more of main groups G06K1/00 - G06K15/00, e.g. automatic card files incorporating conveying and reading operations
- G06K17/0022—Methods or arrangements for effecting co-operative working between equipments covered by two or more of main groups G06K1/00 - G06K15/00, e.g. automatic card files incorporating conveying and reading operations arrangements or provisions for transferring data to distant stations, e.g. from a sensing device
- G06K17/0029—Methods or arrangements for effecting co-operative working between equipments covered by two or more of main groups G06K1/00 - G06K15/00, e.g. automatic card files incorporating conveying and reading operations arrangements or provisions for transferring data to distant stations, e.g. from a sensing device the arrangement being specially adapted for wireless interrogation of grouped or bundled articles tagged with wireless record carriers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪方法及系统,属于目标识别与室内定位技术领域,包括:构建具有二维相控阵RFID平面阵列天线读写器系统,通过在阵列中设置微波雷达模块,构成具有目标识别和高精度位置定位追踪功能的相控阵RFID微波雷达目标识别及定位基站读写器系统;系统采用RFID技术、雷达成像技术进行目标识别,即目标身份识别和物形识别,采用AOA与RSSI相结合的混合定位方法,对目标区域内的目标进行识别和高精度定位追踪;本发明实现了在室内(或半室内)应用场合,仅凭单个设备即可实现目标身份识别、物形识别、高精度位置定位及移动轨迹追踪,技术原理简单、定位算法成熟,便于推广。
Description
技术领域
本发明涉及目标识别和室内定位技术领域,具体而言,涉及一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪方法及系统。
背景技术
在一些室内(或半室内)的应用场合,比如物流仓储或中转场中,需要对货物、人员、地牛和叉车等目标进行识别和高精度位置追踪,现有的室内定位技术主要有超声波定位技术、Wi-Fi定位技术、蓝牙定位技术、超宽带(UWB)定位技术,但上述技术存在了不同的缺点,例如Wi-Fi定位技术和蓝牙定位技术容易受到其他电子设备的干扰,超声波定位技术和超宽带(UWB)定位技术虽然定位准确,但是硬件成本高,且技术复杂实现难度大;因此,急需设计一种新的室内定位技术,以克服现有技术中存在的至少一个缺点。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的是通过一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪技术,以解决室内(或半室内)具有RFID标签和未有RFID标签的两类目标同时进行识别(即身份识别和物形识别)、位置、移动轨迹高精度定位追踪问题。
为了实现上述技术目的,本申请提供了一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪方法,包括以下步骤:
搭建具有二维相控阵RFID平面阵列天线的相控阵RFID读写器系统,通过在阵列中设置微波雷达模块,构建对工作目标区域具有身份识别功能、高精度定位和轨迹追踪的相控阵RFID微波雷达的目标身份识别定位基站读写器系统;
基于相控阵RFID微波雷达的目标身份识别定位基站读写器系统,采用RFID技术进行身份识别,并通过雷达成像技术进行物形识别后,采用AOA与RSSI相结合的混合定位方法,同时对目标区域内的携带RFID标签和未携带RFID标签的目标进行身份及物形进行识别和定位追踪。
优选地,在构建相控阵RFID读写器系统的过程中,基于RFID读写器,通过搭配若干个RFID天线阵元,搭建二维相控阵RFID平面阵列天线;
分别对RFID平面阵列天线中每个阵元激励信号的幅度和相位进行控制,实现所预设的特定形状的波束赋形,所得到的赋形波束具备高增益、低副瓣和窄波束的特点;通过各阵元多组激励信号相位和幅度的控制,实现相控阵RFID读写器系统的波束指向和扫描功能。
优选地,在搭建二维相控阵RFID平面阵列天线的过程中,二维相控阵RFID平面阵列天线的阵形为矩形或圆形平面阵列,其中,相邻的两个RFID天线阵元之间的距离等距或不等距。
优选地,在构建相控阵RFID微波雷达的身份识别及定位基站读写器系统的过程中,将微波雷达模块设置在二维相控阵RFID天线阵列的中心位置,使得微波雷达模块与每个RFID天线阵元的距离相同。
优选地,在对目标区域进行扫描读取的过程中,通过相控阵RFID读写器系统和微波雷达模块,对携带RFID和未携带RFID标签的目标分别进行身份识别和物形识别;
通过改变每个RFID天线平面阵各阵元之间激励信号的相位关系,来改变天线主波束的指向;
通过天线平面阵各阵元的间距,和控阵各阵元激励信号幅度,来抑制波束副瓣并合成预设的波束形状,最终得到具有低副瓣、高增益、和窄波束特点的波束,其中,平面阵列各阵元的间距选择,通过所需抑制低波束副瓣值来确定,通过威尔金森微带等功率分配器和矢量调制器来实现平面阵天线各阵元激励信号幅度值的连续控制。
优选地,在对RFID标签进行定位追踪的过程中,通过相控阵RFID微波雷达的目标识别及定位基站读写器系统对携带RFID标签的目标进行身份识别、距离测量和方位角测量,结合AOA和RSSI定位技术,对携带RFID标签进行定位追踪;
通过微波雷达模块对未携带RFID标签的目标进行物形识别和追踪定位,其中,通过借助微波雷达模块,来对通过相控阵RFID读写器系统识别定位的目标进行位置精度修正,从而实现定位基站对携带和未携带RFID标签的两类目标都实现身份识别、毫米级位置定位和移动轨迹追踪。
优选地,在对RFID标签进行定位的过程中,通过改变平面阵天线中各阵元激励信号的幅度和相位,实现平面阵列天线的波束赋形,得到所期望的波束形状,同时实现平面阵列天线的主波束指向和扫描控制;
依据扫描读取的有效定位区域内的RFID标签返回的RSSI值,得到天线与被读取标签之间的距离,依据被读取的标签在定位时的主波束指向,获得被读取标签与的相控阵RFID读写器天线之间的相对方位角;
通过映射函数,将读取待测标签的RSSI值,映射为二维相控阵RFID天线阵列与待测标签之间的距离值,其中,在获取标签RSSI值后,通过映射函数,获取标签与二维相控阵RFID天线阵列之间的距离,根据被读取标签RSSI的最大值对应的RFID相控阵天线扫描的主波束指向,获得被读取标签在天线波束扫描区域内所处的方位,通过标签到RFID相控阵天线的距离和标签在扫描区域内的相对于定位基站的方位,确定标签在相控阵RFID微波雷达定位基站工作区域内的位置和移动轨迹。
本发明公开了一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪系统,其特征在于,相控阵RFID微波雷达由具有二维相控阵RFID平面阵列天线的相控阵RFID读写器系统,通过在阵列中设置微波雷达模块构成的,其中,二维相控阵RFID平面阵列天线由若干个RFID天线阵元组成;通过相控阵RFID微波雷达构建的定位追踪系统,包括:
馈电网络,通过功分器将读写器输出功率等功率分成多路,每一路再通过矢量调制器控制二维相控阵RFID天线阵列激励信号的相位和幅度,使得相控阵RFID微波雷达对待测目标区域实现波束扫描覆盖,其中,波束扫描覆盖表示相控阵RFID微波雷达对待测目标区域中的目标实现识别和定位工作波束覆盖;
相控阵RFID读写器系统,采用AOA与RSSI相结合的混合定位方法,对目标区域内的RFID标签目标进行定位追踪。
优选地,馈电网络,用于通过改变每个RFID(天线)阵元激励信号的相位关系,来改变天线主波束的指向;
确定好天线阵面和阵元的间距后,通过改变天线阵面各阵元激励信号的幅度,来抑制波束副瓣和合成所预设的波束形状,实现对目标区域的窄波束大角度扫描,其中,阵面上各阵元激励信号的幅度变化通过功率分配器和矢量调制器来控制实现。
优选地,相控阵RFID读写器系统,用于通过相控阵RFID微波雷达对RFID标签进行身份识别、距离测量及方位角测量,对RFID标签进行定位追踪;
微波雷达模块,用于对未携带RFID标签的目标进行物形识别和定位追踪,还同时用于对通过相控阵RFID读写器系统定位过的目标进行定位精度修正。
本发明公开了以下技术效果:
1、将室内定位精度,从RFID定位精度亚米级(无源RFID定位精度约50cm∽100cm)级提高到毫米(微波雷达定位精度1mm∽10mm),同时还能从多目标中判断识别出目标身份信息(携带RFID标签的目标,依靠读取RFID标签信息即可判断身份信息)和目标身份属性(依靠微波雷达已识别的目标外形轮廓和预先建模好的物形模型库即可识别出目标身份属性)。
2、算法成熟简单,容易实现,不需要测量角度的装置,RFID定位时只需对相位差进行换算便可得到标签与天线间的方向角,降低了设备的复杂度。
3、用一组RFID阅读器、相控阵天线即可实现角度和距离的测量,简化了定位系统,节省了硬件的开销。
4、采用成熟的毫米波Soc或模块,只要进行简单软硬件开发即可实现微波雷达高精度位置定位、轨迹追踪、外形轮廓成像和物形识别。
5、由于引入了相控阵天线的原理,增大了天线增益的同时也增大了读写器的读取距离,并且由于波束方向可控,可以进行大角度的360°扫描,增大了读写器天线有效工作范围。
6、由于引入了毫米波雷达原理,除了其定位精度高以外,其穿透性好、抗电子干扰、杂波干扰和多径反射干扰强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述的二维相控阵RFID微波雷达目标识别及定位基站读写器RFID天线的矩形和圆形阵面结构布局示意图;
图2是本发明所述的相控阵RFID天线阵-波束扫描原理示意图;
图3是本发明所述的RFID混合定位算法原理示意图;
图4是本发明所述的相控天线辐射范围示意图;
图5是本发明所述的方法流程示意图;
图6是本发明所述的定位追踪系统的结构示意图;
图7表示本发明所述的定位原理示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
如图1-7所示,本发明提供了一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪方法,包括以下步骤:
搭建具有二维相控阵RFID平面阵列天线的相控阵RFID读写器系统,通过在阵列中设置微波雷达模块,构建对工作目标区域具有身份识别功能、高精度定位和轨迹追踪的相控阵RFID微波雷达的目标身份识别定位基站读写器系统;
基于相控阵RFID微波雷达的目标身份识别定位基站读写器系统,采用RFID技术进行身份识别,并通过雷达成像技术进行物形识别后,采用AOA与RSSI相结合的混合定位方法,同时对目标区域内的携带RFID标签和未携带RFID标签的目标进行身份及物形进行识别和定位追踪。
进一步优选地,本发明公开的方法,在构建相控阵RFID读写器系统的过程中,基于RFID读写器,通过搭配若干个RFID天线阵元,搭建二维相控阵RFID平面阵列天线;
分别对RFID平面阵列天线中每个阵元激励信号的幅度和相位进行控制,实现所预设的特定形状的波束赋形,所得到的赋形波束具备高增益、低副瓣和窄波束的特点;通过各阵元多组激励信号相位和幅度的控制,实现相控阵RFID读写器系统的波束指向和扫描功能。
进一步优选地,本发明公开的方法,在搭建二维相控阵RFID平面阵列天线的过程中,二维相控阵RFID平面阵列天线的阵形为矩形或圆形平面阵列,其中,相邻的两个RFID天线阵元之间的距离等距或不等距。
进一步优选地,本发明公开的方法,在构建相控阵RFID微波雷达的身份识别及定位基站读写器系统的过程中,将微波雷达模块设置在二维相控阵RFID天线阵列的中心位置,使得微波雷达模块与每个RFID天线阵元的距离相同。
进一步优选地,本发明公开的方法,在对目标区域进行扫描读取的过程中,通过相控阵RFID读写器系统和微波雷达模块,对携带RFID和未携带RFID标签的目标分别进行身份识别和物形识别;
通过改变每个RFID天线平面阵各阵元之间激励信号的相位关系,来改变天线主波束的指向;
通过天线平面阵各阵元的间距,和控阵各阵元激励信号幅度,来抑制波束副瓣并合成预设的波束形状,最终得到具有低副瓣、高增益、和窄波束特点的波束,其中,平面阵列各阵元的间距选择,通过所需抑制低波束副瓣值来确定,通过威尔金森微带等功率分配器和矢量调制器来实现平面阵天线各阵元激励信号幅度值的连续控制。
进一步优选地,本发明公开的方法,在对RFID标签进行定位追踪的过程中,通过相控阵RFID微波雷达的目标识别及定位基站读写器系统对携带RFID标签的目标进行身份识别、距离测量和方位角测量,结合AOA和RSSI定位技术,对携带RFID标签进行定位追踪;
通过微波雷达模块对未携带RFID标签的目标进行物形识别和追踪定位,其中,通过借助微波雷达模块,来对通过相控阵RFID读写器系统识别定位的目标进行位置精度修正,从而实现定位基站对携带和未携带RFID标签的两类目标都实现身份识别、毫米级位置定位和移动轨迹追踪。
进一步优选地,本发明公开的方法,在对RFID标签进行定位的过程中,通过改变平面阵天线中各阵元激励信号的幅度和相位,实现平面阵列天线的波束赋形,得到所期望的波束形状,同时实现平面阵列天线的主波束指向和扫描控制;
依据扫描读取的有效定位区域内的RFID标签返回的RSSI值,得到天线与被读取标签之间的距离,依据被读取的标签在定位时的主波束指向,获得被读取标签与的相控阵RFID读写器天线之间的相对方位角;
通过映射函数,将读取待测标签的RSSI值,映射为二维相控阵RFID天线阵列与待测标签之间的距离值,其中,在获取标签RSSI值后,通过映射函数,获取标签与二维相控阵RFID天线阵列之间的距离,根据被读取标签RSSI的最大值对应的RFID相控阵天线扫描的主波束指向,获得被读取标签在天线波束扫描区域内所处的方位,通过标签到RFID相控阵天线的距离和标签在扫描区域内的相对于定位基站的方位,确定标签在相控阵RFID微波雷达定位基站工作区域内的位置和移动轨迹。
本发明公开了一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪系统,其特征在于,相控阵RFID微波雷达由具有二维相控阵RFID平面阵列天线的相控阵RFID读写器系统,通过在阵列中设置微波雷达模块构成的,其中,二维相控阵RFID平面阵列天线由若干个RFID天线阵元组成;通过相控阵RFID微波雷达构建的定位追踪系统,包括:
馈电网络,通过功分器将读写器输出功率等功率分成多路,每一路再通过矢量调制器控制二维相控阵RFID天线阵列激励信号的相位和幅度,使得相控阵RFID微波雷达对待测目标区域实现波束扫描覆盖,其中,波束扫描覆盖表示相控阵RFID微波雷达对待测目标区域中的目标实现识别和定位工作波束覆盖;
相控阵RFID读写器系统,采用AOA与RSSI相结合的混合定位方法,对目标区域内的RFID标签目标进行定位追踪。
进一步优选地,本发明公开的系统的馈电网络,用于通过改变每个RFID(天线)阵元激励信号的相位关系,来改变天线主波束的指向;
确定好天线阵面和阵元的间距后,通过改变天线阵面各阵元激励信号的幅度,来抑制波束副瓣和合成所预设的波束形状,实现对目标区域的窄波束大角度扫描,其中,阵面上各阵元激励信号的幅度变化通过功率分配器和矢量调制器来控制实现。
进一步优选地,本发明公开的系统的相控阵RFID读写器系统,用于通过相控阵RFID微波雷达对RFID标签进行身份识别、距离测量及方位角测量,对RFID标签进行定位追踪;
微波雷达模块,用于对未携带RFID标签的目标进行物形识别和定位追踪,还同时用于对通过相控阵RFID读写器系统定位过的目标进行定位精度修正。
本发明提供的相控阵RFID微波雷达的目标识别及定位基站读写器系统的多目标识别和高精度定位实现原理,如下:
二维相控阵RFID天线读写器系统,识别目标RFID标签身份信息和定位追踪目标位置,通过采用AOA与RSSI相结合的混合定位方法提高无源相控阵RFID读写器系统定位精度,通过增加阵面阵元数量和通过改变各阵元激励信号幅度,实现高增益、低副瓣和特定形状(主要是窄波束)的扫描波束;
如图1所示,在矩形或圆形二维RFID相控阵天线阵面中心处(也可以不是中心处),内置安装微波雷达模块。
在每个RFID天线阵元前端都设置有矢量调制器,用来改变各阵元之间激励信号的幅度和相位关系。由图2可知通过改变阵内相邻单元之间的阵内相移值即可改变天线波束最大值指向,即波束扫描,通过改变激励信号幅度可以改变波束形状。
本发明设计的AOA(Angle-of-Arrival到达角)与RSSI(Received SignalStrength Indication接收信号强度指示)相结合的混合定位方法:
针对常规无源RFID定位系统识别距离小、辐射范围有限、精确度低、辨识度差的缺点,本发明提出了一种新型的无源相控阵RFID微波雷达混合高精度定位和目标身份识别方法。
利用二维相控阵RFID天线读写器系统对已携带RFID标签的目标进行身份识别、距离测量、方位角测量,即AOA与RSSI相结合的混合定位方法。其定位原理图如图3所示:
第一步,在定位时,本发明可以改变相控阵天线单元间的相位差,从而控制相控阵天线的波束指向,并最终实现波束连续扫描功能。测试能读到待测标签的范围以及该范围内各个方向要读到待测标签RSSI值,读到待测标签RSSI最大值时的扫描波束指向即是待测标签的方向,由此本发明可以得到待测标签与相控阵天线间的方向角θs(即∠A、∠B、∠C)。
第二步,本发明需要将读取待测标签的RSSI值(P)映射为天线与待测标签之间的距离值D。
由于相控阵天线在其扫描方向上的距离与RSSI值的映射关系与其扫描角没有关系,因此任何扫描方向的相控阵天线,本发明都可以在测得读取标签的RSSI值后,用同一个映射函数来得到标签与相控阵天线间的距离。待测标签与相控阵RFID微波雷达定位基站的方位角θs(即∠A、∠B、∠C)和距离D确定后,待测标签在定位基站工作区域(即定位区域)内的位置也就随之确定了。
如图4所示,利用微波雷达(此处微波主要指工作频率≥24GHz以上毫米波,如60GHz及77GHz毫米波)测距、测速和成像功能。即可实现对携带和未携带RFID标签的目标同时进行身份识别(此处未携带RFID标签的身份识别主要是指识别目标模型外轮廓,依据系统预先内置的的物体模型轮廓库,判断出目标物体所属无形)、位置和移动轨迹高精度追踪。并利用微波雷达定位精度高的优势,对通过RFID识别定位的目标进行位置精度修正,从而使得已携带RFID标签的物体定位和移动轨迹追踪也可以到达毫米级精度。
本发明解决了室内(或半室内)目标识别(即身份识别或物形识别)、位置、移动轨迹高精度定位追踪问题,例如:在商场超市、仓储、库室和物流中转场等室内(或半室内)应用场合,比如仓储货物移位(或移库),要求对叉车搬运的货物进行识别、叉车运动轨迹进行高精度追踪和货物最终放置的位置进行高精度定位。又或安全作业库室人员数量统计、位置和移动轨迹高精度追踪,越界报警提示等。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪方法,其特征在于,包括以下步骤:
搭建具有二维相控阵RFID平面阵列天线的相控阵RFID读写器系统,通过在阵列中设置微波雷达模块,构建对工作目标区域具有身份识别功能、高精度定位和轨迹追踪的相控阵RFID微波雷达的目标身份识别定位基站读写器系统;
基于所述相控阵RFID微波雷达的目标身份识别定位基站读写器系统,采用RFID技术进行身份识别,并通过雷达成像技术进行物形识别后,采用AOA与RSSI相结合的混合定位方法,同时对所述目标区域内的携带RFID标签和未携带RFID标签的目标进行身份及物形进行识别和定位追踪。
2.根据权利要求1所述一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪方法,其特征在于:
在构建相控阵RFID读写器系统的过程中,基于RFID读写器,通过搭配若干个RFID天线阵元,搭建所述二维相控阵RFID平面阵列天线;
分别对RFID平面阵列天线中每个所述阵元激励信号的幅度和相位进行控制,实现所预设的特定形状的波束赋形,所得到的赋形波束具备高增益、低副瓣和窄波束的特点;通过各阵元多组激励信号相位和幅度的控制,实现相控阵RFID读写器系统的波束指向和扫描功能。
3.根据权利要求2所述一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪方法,其特征在于:
在搭建二维相控阵RFID平面阵列天线的过程中,所述二维相控阵RFID平面阵列天线的阵形为矩形或圆形平面阵列,其中,相邻的两个所述RFID天线阵元之间的距离等距或不等距。
4.根据权利要求3所述一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪方法,其特征在于:
在构建相控阵RFID微波雷达的身份识别及定位基站读写器系统的过程中,将所述微波雷达模块设置在所述二维相控阵RFID天线阵列的中心位置,使得所述微波雷达模块与每个所述RFID天线阵元的距离相同。
5.根据权利要求4所述一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪方法,其特征在于:
在对目标区域进行扫描读取的过程中,通过相控阵RFID读写器系统和微波雷达模块,对携带RFID和未携带RFID标签的目标分别进行身份识别和物形识别;
通过改变每个所述RFID天线平面阵各阵元之间激励信号的相位关系,来改变天线主波束的指向;
通过天线平面阵各阵元的间距,和控阵各阵元激励信号幅度,来抑制波束副瓣并合成预设的波束形状,最终得到具有低副瓣、高增益、和窄波束特点的波束,其中,平面阵列各阵元的间距选择,通过所需抑制低波束副瓣值来确定,通过威尔金森微带等功率分配器和矢量调制器来实现平面阵天线各阵元激励信号幅度值的连续控制。
6.根据权利要求5所述一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪方法,其特征在于:
在对RFID标签进行定位追踪的过程中,通过所述相控阵RFID微波雷达的目标识别及定位基站读写器系统对携带RFID标签的目标进行身份识别、距离测量和方位角测量,结合AOA和RSSI定位技术,对携带RFID标签进行定位追踪;
通过所述微波雷达模块对未携带RFID标签的目标进行物形识别和追踪定位,其中,通过借助所述微波雷达模块,来对通过相控阵RFID读写器系统识别定位的目标进行位置精度修正,从而实现定位基站对携带和未携带RFID标签的两类目标都实现身份识别、毫米级位置定位和移动轨迹追踪。
7.根据权利要求6所述一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪方法,其特征在于:
在对RFID标签进行定位的过程中,通过改变平面阵天线中各阵元激励信号的幅度和相位,实现平面阵列天线的波束赋形,得到所期望的波束形状,同时实现平面阵列天线的主波束指向和扫描控制;
依据扫描读取的有效定位区域内的RFID标签返回的RSSI值,得到天线与被读取标签之间的距离,依据被读取的标签在定位时的主波束指向,获得被读取标签与所述的相控阵RFID读写器天线之间的相对方位角;
通过映射函数,将读取待测标签的RSSI值,映射为所述二维相控阵RFID天线阵列与待测标签之间的距离值,其中,在获取标签RSSI值后,通过所述映射函数,获取标签与所述二维相控阵RFID天线阵列之间的距离,根据被读取标签RSSI的最大值对应的RFID相控阵天线扫描的主波束指向,获得被读取标签在天线波束扫描区域内所处的方位,通过标签到RFID相控阵天线的距离和标签在扫描区域内的相对于定位基站的方位,确定标签在相控阵RFID微波雷达定位基站工作区域内的位置和移动轨迹。
8.一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪系统,其特征在于,相控阵RFID微波雷达由具有二维相控阵RFID平面阵列天线的相控阵RFID读写器系统,通过在阵列中设置微波雷达模块构成的,其中,所述二维相控阵RFID平面阵列天线由若干个RFID天线阵元组成;通过所述相控阵RFID微波雷达构建的定位追踪系统,包括:
馈电网络,通过功分器将读写器输出功率等功率分成多路,每一路再通过矢量调制器控制所述二维相控阵RFID天线阵列激励信号的相位和幅度,使得所述相控阵RFID微波雷达对待测目标区域实现波束扫描覆盖,其中,所述波束扫描覆盖表示所述相控阵RFID微波雷达对待测目标区域中的目标实现识别和定位工作波束覆盖;
相控阵RFID读写器系统,采用AOA与RSSI相结合的混合定位方法,对所述目标区域内的所述RFID标签目标进行定位追踪。
9.根据权利要求8所述一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪系统,其特征在于:
所述馈电网络,用于通过改变每个所述RFID(天线)阵元激励信号的相位关系,来改变天线主波束的指向;
确定好天线阵面和阵元的间距后,通过改变天线阵面各阵元激励信号的幅度,来抑制波束副瓣和合成所预设的波束形状,实现对所述目标区域的窄波束大角度扫描,其中,阵面上各阵元激励信号的幅度变化通过功率分配器和矢量调制器来控制实现。
10.根据权利要求9所述一种相控阵RFID微波雷达的识别定位追踪系统,其特征在于:
所述相控阵RFID读写器系统,用于通过所述相控阵RFID微波雷达对所述RFID标签进行身份识别、距离测量及方位角测量,对所述RFID标签进行定位追踪;
所述微波雷达模块,用于对所述未携带RFID标签的目标进行物形识别和定位追踪,还同时用于对通过相控阵RFID读写器系统定位过的目标进行定位精度修正。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311357515.2A CN117420542A (zh) | 2023-10-19 | 2023-10-19 | 一种相控阵rfid微波雷达的识别定位追踪方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311357515.2A CN117420542A (zh) | 2023-10-19 | 2023-10-19 | 一种相控阵rfid微波雷达的识别定位追踪方法及系统 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117420542A true CN117420542A (zh) | 2024-01-19 |
Family
ID=89527831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311357515.2A Pending CN117420542A (zh) | 2023-10-19 | 2023-10-19 | 一种相控阵rfid微波雷达的识别定位追踪方法及系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117420542A (zh) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102520388A (zh) * | 2011-11-18 | 2012-06-27 | 天津大学 | 一种利用相控阵原理并结合rssi测距的定位装置 |
CN208521305U (zh) * | 2018-07-24 | 2019-02-19 | 深圳市源数立合科技有限公司 | Rfid室内定位数据采集设备及系统 |
CN111474518A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-07-31 | 浙江大华技术股份有限公司 | 定位方法、融合定位基站及存储介质 |
CN211505884U (zh) * | 2020-01-02 | 2020-09-15 | 北京启心明智科技有限公司 | 一种基于超高频rfid及毫米波雷达的车辆定位装置 |
CN113189580A (zh) * | 2021-04-02 | 2021-07-30 | 天地(常州)自动化股份有限公司 | 一种基于毫米波雷达与uwb标签的无轨胶轮车辅助驾驶方法 |
CN113739790A (zh) * | 2021-11-02 | 2021-12-03 | 亿慧云智能科技(深圳)股份有限公司 | 一种被动式室内定位系统及定位方法 |
CN116823120A (zh) * | 2023-07-21 | 2023-09-29 | 尚戎信息技术(深圳)有限公司 | 一种货物出入库检测方法、装置、设备及存储介质 |
-
2023
- 2023-10-19 CN CN202311357515.2A patent/CN117420542A/zh active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102520388A (zh) * | 2011-11-18 | 2012-06-27 | 天津大学 | 一种利用相控阵原理并结合rssi测距的定位装置 |
CN208521305U (zh) * | 2018-07-24 | 2019-02-19 | 深圳市源数立合科技有限公司 | Rfid室内定位数据采集设备及系统 |
CN211505884U (zh) * | 2020-01-02 | 2020-09-15 | 北京启心明智科技有限公司 | 一种基于超高频rfid及毫米波雷达的车辆定位装置 |
CN111474518A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-07-31 | 浙江大华技术股份有限公司 | 定位方法、融合定位基站及存储介质 |
CN113189580A (zh) * | 2021-04-02 | 2021-07-30 | 天地(常州)自动化股份有限公司 | 一种基于毫米波雷达与uwb标签的无轨胶轮车辅助驾驶方法 |
CN113739790A (zh) * | 2021-11-02 | 2021-12-03 | 亿慧云智能科技(深圳)股份有限公司 | 一种被动式室内定位系统及定位方法 |
CN116823120A (zh) * | 2023-07-21 | 2023-09-29 | 尚戎信息技术(深圳)有限公司 | 一种货物出入库检测方法、装置、设备及存储介质 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
李杨阳 等: "基于相控阵天线的RFID定位系统的理论分析", 《微波学报》, 31 December 2014 (2014-12-31), pages 80 - 85 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8659430B2 (en) | Radio frequency signal acquisition and source location system | |
Parr et al. | Inverse SAR approach for localization of moving RFID tags | |
Nikitin et al. | Phase based spatial identification of UHF RFID tags | |
US20220146623A1 (en) | Radar System and Vehicle | |
CN102073045B (zh) | 相位测距射频标识定位系统 | |
US20100231410A1 (en) | Device and Method for Multi-Dimensional Location of Target Objects, In Particular Rfid Transponders | |
US11152701B2 (en) | Phase compensated multi-layer, multi-steering antenna array for millimeter wave applications | |
US11217902B2 (en) | Analog beamforming antenna for millimeter wave applications | |
Gil-Martínez et al. | Direction finding of RFID tags in UHF band using a passive beam-scanning leaky-wave antenna | |
CN102169171A (zh) | 噪声检验相位测距射频标识定位的方法 | |
CN110764059B (zh) | 一种收发垂直波束三坐标相控阵雷达方法 | |
CN110888108A (zh) | 一种基于rfid与相位校准的定位方法 | |
Vongkulbhisal et al. | An RFID-based indoor localization system using antenna beam scanning | |
CN117420542A (zh) | 一种相控阵rfid微波雷达的识别定位追踪方法及系统 | |
US11404794B2 (en) | Multi-layer, multi-steering antenna array for millimeter wave applications | |
Motroni et al. | Localization of a mobile device equipped with an RFID reader | |
CN110794363A (zh) | 一种rfid标签的定位系统及定位方法 | |
CN102914762A (zh) | 一种室内毫米波定位系统 | |
Nepa et al. | Location and tracking of UHF-RFID tags | |
Thornton et al. | Range measurement using modulated retro-reflectors in FM radar system | |
Görtschacher et al. | Fast two dimensional position update system for UHF RFID tag tracking | |
Gareis et al. | A MIMO UHF-RFID SAR 3D locating system for autonomous inventory robots | |
STIEF et al. | Chipless RFID polarimetric radar barcodes encoded by dipole scattering domains | |
Lipka et al. | Recursive phase extraction for holographic localization of incoherent FMCW beacons | |
CN112130113A (zh) | 一种基于漏波天线的rfid定位系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |