CN206021292U - 定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定位系统，所述定位系统包括定位装置和可穿戴式RFID读写器，其中：所述定位装置由一个定位单元组成，或者由多个定位单元连接组成，所述定位单元中布置有一个或多个RFID标签；所述RFID标签与定位空间中的三维空间坐标一一对应；所述可穿戴式RFID读写器包括：读写器本体和固定单元，其中：所述读写器本体执行对于RFID标签的读写操作；所述固定单元与所述读写器本体连接，以对读写器本体进行可穿戴式固定装置。本实用新型通过安设在定位装置中的RFID标签以及可穿戴式RFID读写器实现空间定位，受环境影响小、装设方便灵活、定位精度高且成本低。

Description

定位系统

技术领域

本实用新型涉及空间定位技术领域，尤其涉及一种定位系统。

背景技术

随着社会的发展，网络和通信技术、图形图像处理技术和计算机技术的进步，虚拟现实(Virtual Reality)这一可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，受到越来越多的青睐，成为人类一种新的交流方式。虚拟现实最重要的特点就是具有良好的交互性和沉浸感，而交互和提供沉浸感的主要技术则依赖于高精度的空间定位，这样才能为用户提供更好的虚实无缝结合的体验。

目前空间定位技术主要包括：基于GNSS(全球导航卫星系统)的各类定位技术、不基于RSSI(接收信号强度)的射频定位技术、基于RSSI的射频定位技术以及CV定位技术等。

1、基于GNSS的定位技术包括美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，欧盟的GALILEO和中国的北斗。由于GNSS自身的精度有限，延迟较大，后来又衍生出了RTK、差分定位等技术。这些基于GNSS的定位技术应用广泛，但由于卫星信号穿透力很差，几乎为0，因此在楼群密集的地方对于定位精度影响很大，难以在室内进行精确定位。

2、不基于RSSI的射频定位技术中的代表技术为UWB定位，UWB定位是使用TOA，TDOA，AOA等方法进行三角测量，基本可以理解为把GNSS定位技术应用到室内，把一些已知的位置点或固定设施作为已知位置标记点。该类定位技术在理想实验环境中定位精度为5CM左右，但在环境复杂的实际应用场景中，精度往往要低很多，因为场景的复杂，以及人群的众多都会对信号产生很大的影响，比如多径效应，从而使定位精度严重降低。

3、基于RSSI的射频定位技术目前包括WiFi定位技术，蓝牙定位技术和苹果公司的iBeacon定位技术。这些技术都是以RSSI与距离成反比为基础，即离基站(比如一个WiFi接入点)越近，RSSI就越高，越远RSSI就越小。但是在实际应用场景中引起RSSI变化的因素不计其数，包括障碍物遮挡，无线信号的极化方向，天线的各向异性等等。通过这类技术我们只能判断目标物体是否在信号覆盖范围内，并不能准确的确定目标物体的具体位置信息。

4、CV定位技术，这类技术虽然精度高，但是定位成本较高，而且如果一个定位区域内同时有多个目标物体移动或存在，定位精度就会骤降，并且具有弱ID缺点，即多个目标物体中可能存在部分或全部目标物体无法识别定位的现象。

射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)从20世纪80年代开始逐步发展成一项自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作不需要人工干预，同时其可以识别高速运动物体并可以识别多个RFID标签，操作方便快捷。目前在物联网、虚拟现实、身份识别、生产监控等多个领域广泛应用。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提出一种定位系统，该系统利用射频识别技术实现定位，具体地，所述定位系统包括定位装置和可穿戴式RFID读写器，所述定位装置由一个定位单元组成，或者由多个定位单元连接组成，定位单元中安设有一个或多个RFID标签，根据实际应用的需要，将所述定位装置安装在室内或室外环境中可固定定位单元的实体上，通过穿戴在身上的RFID读写器对RFID标签进行识别即可实现移动定位。所述定位系统受环境影响小、装设方便灵活、定位精度高且成本低。

本发明提供的定位系统包括定位装置和可穿戴式RFID读写器，其中：

所述定位装置由一个定位单元组成，或者由多个定位单元连接组成，其中：

所述定位单元中布置有一个或多个射频识别电子(RFID)标签；

所述RFID标签与定位空间中的三维空间坐标一一对应；

所述可穿戴式RFID读写器包括：读写器本体和固定单元，其中：

所述读写器本体执行对于RFID标签的读写操作；

所述固定单元与所述读写器本体连接，以对读写器本体进行可穿戴式固定。

可选地，所述定位装置由多个定位单元连接组成时，所述定位单元设置有连接件。

可选地，所述定位单元由非金属材料制成；所述固定单元由柔性非金属材料制作或由非柔性非金属材料制作。

可选地，所述RFID标签具有唯一的标识信息，所述标识信息与三维空间坐标一一对应。

可选地，所述RFID标签为中高频/超高频RFID标签。

可选地，所述固定单元与读写器本体通过连接件物理连接或者制作为嵌入式连接。

可选地，所述读写器本体包括：天线单元、射频信号处理单元、处理器、通信单元和供电单元，其中：

所述天线单元与所述射频信号处理单元连接；

所述射频信号处理单元与天线单元和处理器连接；

所述通信单元与所述处理器连接；

所述供电单元的电源输出端与所述射频信号处理单元、处理器和通信单元的电源输入端连接。

可选地，所述天线单元中的天线为柔性天线或非柔性天线。

可选地，所述射频信号处理单元还包括滤波器；所述处理器包括数据处理芯片和封装单元。

可选地，所述供电单元为锂电池、聚合物电池、蓄电池、太阳能电池中的一种或多种的组合。

本实用新型提出的定位系统，通过在定位装置的定位单元内设置一个或多个RFID标签，并对RFID标签建立与三维空间坐标一一对应的唯一标识信息，当目标对象在该定位装置所形成或覆盖的空间中进行移动时，可根据穿戴在身上的RFID读写器读取到的RFID标签的内容判断出目标对象的空间位置坐标信息进而实现移动定位。本实用新型提出的上述定位系统的定位装置能够很方便地安装在目标物体所在的空间中，可穿戴式RFID读写器能够很方便地穿戴在人体上，由于定位装置使用价格低廉的RFID标签，因此整体投入成本较低；另外，由于用户可根据定位精度和成本要求灵活选择RFID标签的安装数量和方式，比如密集安装或是稀疏安装，从而能够满足用户的不同需求，更好的解决定位精度和定位成本之间的矛盾。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施例的定位系统的结构框图；

图2是根据本实用新型一实施例的定位装置的结构框图；

图3是根据本实用新型一实施例的定位单元的结构示意图；

图4是根据本实用新型一实施例的定位单元连接示意图；

图5是根据本实用新型一实施例的可穿戴式RFID读写器的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种定位系统，如图1所示，所述定位系统包括定位装置和可穿戴式RFID读写器，其中：

所述定位装置由一个定位单元组成，或者由多个定位单元连接组成，其中：

所述定位单元中安设有一个或多个射频识别(RFID)标签；

所述RFID标签与三维空间坐标一一对应；

所述可穿戴式RFID读写器包括：读写器本体和固定单元，其中：

所述读写器本体执行对于RFID标签的读写操作；

所述固定单元与所述读写器本体连接，以对读写器本体进行可穿戴式固定，所述固定单元使得当将所述读写器本体或者所述可穿戴式RFID读写器穿戴在身上的某个部位时，能够有效地对于RFID标签进行读写操作，并且保证读写器本体的读写性能不受穿戴部位运动的影响。

其中，所述定位装置可独立放置在某处，也可铺设/布置/固定到依附物体上，具体的安装方式视具体应用需要而定，比如可铺设在地板上、固定在墙壁或天花板上，也可放置在桌子上、固定在货物等物品上等等。所述定位装置可形成一个空间或覆盖一个空间，当目标对象，即被定位对象，在该空间内移动时，通过RFID读写器读取相关的RFID标签信息即可确定目标对象的空间位置，从而实现精准定位。

其中，所述定位单元是具有一定长、宽、厚度或者其它可以将RFID标签放置在其内部或表面的实体单元。所述定位单元可以呈现规则的形状，如正方形、长方形或圆形等，也可以呈现不规则的形状，为了便于所述定位装置在定位空间中的铺设和材料的充分合理利用，可灵活选择定位单元的形状。但不管定位单元呈何种形状，在使用多个定位单元来组成定位装置时，所述定位单元需要设置有连接件，比如在定位单元的边缘或者靠近边缘处设置卡槽、卡扣、连接扣等连接件，以固定定位单元之间的相对位置或者定位单元与依附物体之间的相对位置。需要特别说明的是，上述定位单元的形状只是示例性的说明，并不用于限制本实用新型，任何合理地、可制作的定位单元形状均落入本实用新型的保护范围。

所述定位单元由非金属材料制成或主要由非金属材料制成，比如聚碳酸酯、聚氯乙烯等。当然，定位单元的制作材料可根据定位单元的安装位置来进行选择，比如，当所述定位单元用作地板时，可选择抗压非金属材料，当所述定位单元用作天花板或者安装在墙壁上时，可选择轻质非金属材料等等。

其中，每个RFID标签都具有一个唯一的标识信息，该标识信息能够确保每个RFID标签在所需定位的空间中具有唯一性，并且，该标识信息与三维空间坐标之间存在一一对应的关系。比如，所述标识信息可以包括所述RFID标签的EPC ID信息、所述RFID标签所在定位单元的序号、所RFID标签在所述定位单元中的序号中的一种或多种信息。当然，所述标识信息也可以是其他信息，只要能够对于同一定位空间内的多个RFID标签进行唯一区分即可。所述标识信息可通过编辑工具来建立，该编辑工具可对RFID标签所在定位单元序号和RFID标签在所述定位单元中的序号进行编辑和设置。

所述RFID标签可安设在所述定位单元的内部或表面上，在实际应用中，可根据实际需要和定位装置的安装位置选择RFID标签的安装位置，比如，若所述定位装置铺设在地板上，为了保护RFID标签，延长其使用寿命，可选择将所述RFID标签安设在所述定位单元的内部；若所述定位装置安装在墙壁或天花板上，由于RFID标签无需承重，为了增加RFID标签的识别距离，提高其识别度，可选择将所述RFID标签安设在所述定位单元的表面上，在这种情况下，为了对所述RFID标签进行保护，还可以在所述RFID标签的外表面或者安设RFID标签的定位单元的表面套设一保护层，所述保护层可使用抗压材料制成。需要特别说明的是，上述RFID标签的安装位置只是示例性的说明，并不用于限制本实用新型，任何合理地、可制作的安装位置均落入本实用新型的保护范围。

所述RFID标签可以是任何适合尺寸或规格的RFID标签，所述定位单元的一个或多个RFID标签的识别范围可完全覆盖也可部分覆盖所述定位装置。在本实用新型一实施例中，所述RFID标签为中高频/超高频RFID标签或中高频/超高频无源RFID标签，此处可以理解的是，中高频RFID标签的工作频率为3MHz～30MHz，超高频RFID标签的工作频率为860MHz～960MHz。在本发明一优选实施例中，采用13.54MHz高频无源RFID标签或866MHz/902MHz超高频无源RFID标签，这些无源RFID标签受环境因素的影响小，成本低，抗干扰性强，使用寿命长。当然，在实际应用中，可根据实际需要采用其他工作频率的中高频或超高频RFID标签。需要特别说明的是，上述RFID标签的尺寸和规格只是示例性的说明，并不用于限制本实用新型，任何合理地、可实现的RFID标签尺寸和规格均落入本实用新型的保护范围。

所述RFID标签在定位单元中可以是均匀分布，也可以是非均匀分布，可以理解的是，所述均匀分布指的是定位单元中的每个RFID标签之间的距离相同，所述非均匀分布指的是定位单元中的每个RFID标签之间的距离不相同或者不完全相同。所述RFID标签分布方式的选择与定位精度和定位成本要求有关，为了使得RFID标签的覆盖范围无盲区，实现全方位无缝高精度定位，通常会选择均匀分布方式；但实际应用中，考虑到某些区域可能并不需要RFID标签的覆盖，在精度要求能够得到满足的情况下，为了降低成本，可以选择非均匀分布方式，甚至还可以根据用户的实际应用需求定制分布方式。当然，所述RFID标签之间的排列距离也可以根据所需要的定位效果和精度来确定，通常来说，所述RFID标签之间的距离不超过1m，优选地，RFID标签之间的距离大于其尺寸的3倍。需要特别说明的是，上述RFID标签的分布方式只是示例性的说明，并不用于限制本实用新型，任何合理地、可实现的RFID标签的分布方式均落入本实用新型的保护范围。

以下以由多个定位单元连接组成的定位装置为例对于本实用新型的定位装置进行进一步的说明。

图2是根据本实用新型一实施例的定位装置的结构示意图，如图2所示，所述定位装置1由多个定位单元11连接组成，在本实施例中，所述定位单元11采用矩形这一规则形状。

图3为本实施例中定位单元11的结构示意图，如图3所示，在定位单元11的内部，RFID标签12采用非均匀分布方式进行布置，本实施例中，每个RFID标签12之间的距离大于1.5倍的RFID标签尺寸。

利用编辑工具对定位单元11中的RFID标签12进行唯一标识信息编辑，并将该唯一标识信息与该RFID标签12所在定位单元11的空间位置信息以及该RFID标签12在该定位单元11中的位置信息一一对应起来，这样就可以确定该RFID标签12在定位装置1中对应的唯一空间位置信息。

本实施例中，所述定位单元11是由聚氯乙烯材料加温加压制作而成的。

参照图4所示，本实施例中，所述定位单元11之间采用无缝拼接方式组成定位装置，图4中，a、b分别表示相邻的两个定位单元。

图5是根据本实用新型一实施例的可穿戴式RFID读写器的结构框图，如图5所示，所述可穿戴式RFID读写器2包括读写器本体21和固定单元22，其中：

所述读写器本体21是所述可穿戴式RFID读写器的核心组成部分，其包括：天线单元211、射频信号处理单元212、处理器213、通信单元214和供电单元215，其中：

所述天线单元211与所述射频信号处理单元212连接，主要负责接受所述射频信号处理单元212的控制发送与RFID标签相匹配的频率信号，对接收到的RFID标签数据进行调制和解调，并将处理后的RFID标签数据发送给射频信号处理单元212，基于天线单元211，所述可穿戴式RFID读写器能够发送与需要识别读取的RFID标签频段相匹配的信号，进而读取RFID标签中的数据内容。所述天线单元211所使用的天线可以是柔性天线也可以是非柔性天线，只要天线不会因为穿戴而被损坏。在本实用新型一实施例中，为了更加适宜穿戴、保护天线，优选地，使用柔性天线进行信号的发送和接收。所述天线单元211所发射的信号频段可以为中高频段也可以为超高频段，此处可以理解的是，中高频段的频率范围为3MHz～30MHz，超高频段的频率范围为860MHz～960MHz，优选地，选择860MHz～960MHz的超高频段。

所述射频信号处理单元212与天线单元211和处理器213连接，所述射频信号处理单元212用于对于天线单元213所发射的频段信号以及通过天线单元211接收到的RFID标签数据进行处理，比如通过天线单元213激活RFID标签、获取RFID标签中存储的信息、向RFID标签中写入信息以及对读写器一次读取到的多个RFID标签进行多信号处理，比如群读防撞(当有多个RFID标签均处于可测范围时，如何对于多个RFID标签分别进行读取和处理，以避免干扰)等。在本实用新型一实施例中，所述射频信号处理单元212还包括滤波器，用于在读写器一次读取到多个RFID标签数据时，对于多个RFID标签数据进行滤波处理，以获得高精度和高准确度的RFID标签数据。

优选地，所述射频信号处理单元212采用可处理超高频段信号的芯片处理器。

本领域技术人员可以了解，RFID标签是被动的，需要读卡器对其供电，所述射频信号处理单元212可以将能量通过天线发送给RFID标签，这时RFID标签会被激活，开始与读卡器通过天线通信。该通信的基本目标就是获取RFID标签上存储的信息，或者向RFID标签写入信息。但具体的获取过程取决于不同的标准，比如像EPCglobal 2的UHF标准，或者其他标准。

所述处理器213主要负责对通过射频信号处理单元212和天线单元211接收到的RFID标签数据进行处理，对RFID标签数据按照通信单元214所支持的数据格式要求进行封装，并向通信单元214发送传送数据的命令，从而通过通信单元214将从天线单元211获得的RFID标签数据发送到其它通信设备上。

所述处理器213具有数据输入端、数据输出端、通信输入端和通信输出端，其中，数据输入端与射频信号处理单元212连接，以通过射频信号处理单元212和天线单元213接收RFID标签数据；数据输出端与通信单元214连接，以将从射频信号处理单元212和天线单元213获得的RFID标签数据进行RFID信号处理，按照通信单元214所支持的数据格式进行封装，然后向通信单元214下达发送数据的命令，从而通过通信单元214将从射频信号处理单元212和天线单元213获得的RFID标签数据发送出去；通信输入端与通信单元214连接，以接收外部设备发送的读取数据或写入数据的通信信息；通信输出端与射频信号处理单元212连接，以通过射频信号处理单元212使天线单元211根据收到的通信信息发射一定频率的信号，从而激活需要读取的RFID标签。

其中，所述处理器213至少包括数据处理芯片和封装单元，所述数据处理芯片用于对通过射频信号处理单元212和天线单元211接收到的RFID标签数据进行处理；所述封装单元用于将数据处理芯片处理后的RFID标签数据根据通信单元214所支持的数据格式进行封装。所述通信单元214与所述处理器213连接，主要负责所述可穿戴式RFID读写器与外部设备如PC端或移动设备等进行实时通信，从而将所述处理器213处理过的RFID标签数据，发送给外部设备进行进一步的分析处理或应用。

所述通信单元214至少包括通信芯片，所述通信芯片可以是有线通信芯片也可以是无线通信芯片，所述无线通信芯片可以为远程无线通信芯片也可以为近场无线通信芯片，所述远程无线通信芯片可以为以移动通信技术为支持的通信芯片，比如GPRS通信芯片、2G通信芯片、3G通信芯片、4G通信芯片等，或者多个无线通信芯片的组合；所述近场通信芯片可以为蓝牙通信芯片、红外通信芯片、WIFI通信芯片、传感器通信芯片、信标通信芯片等，或者多个近场通信芯片的组合。需要特别说明的是，上述通信芯片只是示例性的说明，并不用于限制本实用新型，任何可实现远程、近场通信的组件均落入本实用新型的保护范围。在本实用新型一实施例中，采用WIFI通信芯片与外部设备进行实时通信和数据传输，从而使得后期数据处理设备，比如计算机，可以对于可穿戴式RFID读写器获得的RFID标签数据内容进行进一步处理和分析。

所述供电单元215的电源输出端与所述射频信号处理单元212、处理器213和通信单元214的电源输入端连接，以为所述射频信号处理单元212、处理器213和通信单元214提供电源。

所述供电单元215可为锂电池、聚合物电池、蓄电池、太阳能电池或上述电池的组合，在本实用新型一实施例中，所述供电单元215为聚合物电池，以减轻所述可穿戴式RFID读写器的重量。

所述固定单元22使用或者主要使用非金属材料制作，比如塑料、橡胶、纺织材料等，事实上，只要固定天线单元211的固定单元22部分或者附近不存在金属材料就可以。进一步地，所述固定单元22可以由柔性非金属材料制作也可以由非柔性非金属材料制作，具体的材料选择取决于所述可穿戴式RFID读写器的穿戴部位，比如所述固定单元22可制作为橡胶脚套，可制作为布质手环臂环、柔性项圈、针织手套，甚至还可以制作为可夹在人体某个部位或者衣物上的便携设备，用户还可以根据实际应用的需要定制符合人体工学的具体实施方式。

所述固定单元22与读写器本体21可通过多种方式连接，比如通过连接件进行物理连接或者直接制作为嵌入式连接，比如所述读写器本体21可以通过连接件固定在所述固定单元22的表面或一侧，也可以将固定单元22制作成环状，将读写器本体21嵌入或者分散嵌入到所述固定单元22中，这里分散嵌入的意思是将读写器本体21中的各个单元独立嵌入到固定单元22中，比如将柔性天线单元嵌入至被损坏风险较大的位置，将非柔性的处理器、供电单元和通信单元嵌入至被损坏风险较小的位置，已对其进行保护，当然，即使柔性天线单元不容易被损坏，但其形变会对收发性能产生不利的影响，因此也可将天线单元与其他单元一并放置在被损坏风险较小的位置上。需要特别说明的是，固定单元22与读写器本体21的连接方式只是示例性的说明，并不用于限制本实用新型，任何可实现地、合理的连接方式和连接组件均落入本实用新型的保护范围。

综上，所述定位系统中的定位装置通过在定位单元内安设一个或多个RFID标签，并对RFID标签建立与三维空间坐标一一对应的唯一标识信息来实现定位，当目标对象在该定位装置所形成或覆盖的空间中进行移动时，可根据穿戴在身上的RFID读写器读取到的RFID标签的内容判断出目标对象的空间位置坐标信息，从而实现精确定位。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种定位系统，其特征在于，所述定位系统包括定位装置和可穿戴式RFID读写器，其中：

所述定位装置由多个定位单元连接组成，其中：

所述定位单元中布置有一个或多个射频识别电子(RFID)标签；

所述RFID标签与定位空间中的三维空间坐标一一对应；

所述可穿戴式RFID读写器包括：读写器本体和固定单元，其中：

所述读写器本体执行对于RFID标签的读写操作；

所述固定单元与所述读写器本体连接，以对读写器本体进行可穿戴式固定；

所述读写器本体包括：天线单元、射频信号处理单元、处理器、通信单元和供电单元，其中：

所述天线单元与所述射频信号处理单元连接；

所述射频信号处理单元与天线单元和处理器连接；

所述通信单元与所述处理器连接；

所述供电单元的电源输出端与所述射频信号处理单元、处理器和通信单元的电源输入端连接；

所述处理器包括数据处理芯片和封装单元，所述封装单元用于将数据处理芯片处理后的RFID标签数据根据通信单元所支持的数据格式进行封装；

其中，所述定位装置由多个定位单元连接组成时，所述定位单元设置有连接件，所述连接件为卡扣或连接扣。

2.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述定位单元由非金属材料制成；所述固定单元由柔性非金属材料制作或由非柔性非金属材料制作。

3.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述RFID标签具有唯一的标识信息，所述标识信息与三维空间坐标一一对应。

4.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述RFID标签为中高频/超高频RFID标签。

5.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述固定单元与读写器本体通过连接件物理连接或者制作为嵌入式连接。

6.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述天线单元中的天线为柔性天线或非柔性天线。

7.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述射频信号处理单元还包括滤波器。

8.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述供电单元为锂电池、聚合物电池、蓄电池、太阳能电池中的一种或多种的组合。