一種基于rfid的細(xì)粒度多目標(biāo)被動(dòng)式定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線定位領(lǐng)域，涉及一種細(xì)粒度多目標(biāo)定位方法，具體涉及一種基于 RFID的細(xì)粒度多目標(biāo)被動(dòng)式定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)今很多應(yīng)用場(chǎng)景中，如防入侵檢測(cè)、商場(chǎng)導(dǎo)航、老人跌倒檢測(cè)等，獲取目標(biāo)的 位置信息是最基礎(chǔ)的內(nèi)容，這在過去的20年中吸引了大批學(xué)者進(jìn)行相關(guān)研究工作。其中，被 動(dòng)式(無攜帶其他設(shè)備)定位方法在反入侵的應(yīng)用中一直有著重要的作用，尤其是針對(duì)多目 標(biāo)的定位方法。
[0003] 現(xiàn)有的被動(dòng)式定位方法使用傳感器節(jié)點(diǎn)、紅外裝置、高級(jí)攝像頭甚至是專用設(shè)備 等，這些設(shè)備價(jià)格較高，很難滿足大規(guī)模部署需求。目前RFID被動(dòng)式標(biāo)簽因廉價(jià)(一個(gè)5~10 美分)而受到定位的青睞，但目前基于RFID的被動(dòng)式定位方法使用的標(biāo)簽部署密度過大，代 價(jià)較高，而且不能適用于多目標(biāo)的情況。RFID (Radio Frequency Ident if i cat ion)技術(shù)，指 的是無限射頻識(shí)別技術(shù)。
[0004] 目前多目標(biāo)被動(dòng)式定位方法中，都僅考慮了人對(duì)視距路徑(LoS)信號(hào)的影響，而忽 略了實(shí)際中多徑的情況，甚至盡可能得避免多徑情況。事實(shí)上，多徑的情況是不能避免的， 如圖1所示，人不僅能影響發(fā)射端到接收端的視距路徑信號(hào)，其他路徑信號(hào)也能影響。因此 這些方法只能指出目標(biāo)的大概位置，不能精確地計(jì)算出目標(biāo)位置，不能滿足人們的需求。另 外，現(xiàn)有的定位方法主要采用RSSI技術(shù)，但RSSI技術(shù)因受天線增益的影響，會(huì)被多徑所牽 制，從而只能達(dá)到粗粒度的定位。
[0005] 綜上，現(xiàn)有的被動(dòng)式定位方法普遍存在以下缺陷：1)在監(jiān)測(cè)區(qū)域不能實(shí)現(xiàn)多目標(biāo) 的定位;2)設(shè)備不廉價(jià);3)精度不能滿足人們需求。
[0006] 引用的參考文獻(xiàn)：
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于RFID 的細(xì)粒度多目標(biāo)被動(dòng)式定位方法，該方法能夠在所監(jiān)控區(qū)域準(zhǔn)確的進(jìn)行細(xì)粒度的多目標(biāo)定 位，填補(bǔ)了多目標(biāo)定位算法在定位精度方面的缺陷，對(duì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性較好，且經(jīng)濟(jì)成本 低。
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0012] 一種基于RFID的細(xì)粒度多目標(biāo)被動(dòng)式定位方法，具體包括以下步驟：
[0013]步驟一，在監(jiān)測(cè)區(qū)域中部署RFID被動(dòng)式標(biāo)簽和多個(gè)RFID讀寫器；
[0014] 步驟二，獲取離線階段指紋信息并存儲(chǔ)，離線階段指紋信息包括處于離線階段監(jiān) 測(cè)區(qū)域中的目標(biāo)位置、被影響的標(biāo)簽ID和被影響的標(biāo)簽的多徑信息；
[0015] 步驟三，獲取在線階段與每個(gè)RFID讀寫器對(duì)應(yīng)的被影響標(biāo)簽集合，根據(jù)被影響標(biāo) 簽集合確定多個(gè)被影響標(biāo)簽子區(qū)域，進(jìn)而確定待檢測(cè)目標(biāo)數(shù)目；得到每個(gè)待檢測(cè)目標(biāo)對(duì)應(yīng) 的在線指紋信息；
[0016] 步驟四，利用步驟二得到的離線指紋信息和步驟三得到的每個(gè)待檢測(cè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的 在線指紋信息，計(jì)算得到待檢測(cè)目標(biāo)的位置信息。
[0017] 具體地，所述步驟二的具體實(shí)現(xiàn)方式包括：
[0018] 步驟2.1: RFID讀寫器設(shè)置有兩個(gè)，分別為X和Y，兩個(gè)RFID讀寫器同時(shí)發(fā)送信號(hào)，每 個(gè)RFID讀寫器的天線陣列測(cè)量并記錄所有標(biāo)簽在沒有目標(biāo)時(shí)的相位值，并通過SAR方法利 用獲取的相位值得到每個(gè)RFID讀寫器到所有標(biāo)簽的多徑信息；
[0019] 步驟2.2:將監(jiān)控區(qū)域劃分為大小相同的正方形網(wǎng)格，選擇一個(gè)體格中等的人站立 在每個(gè)網(wǎng)格，獲取每個(gè)RFID讀寫器到所有標(biāo)簽的多徑信息；
[0020] 步驟2.3:采用DTW方法并考慮到系統(tǒng)噪聲對(duì)標(biāo)簽的多徑信息變化產(chǎn)生的影響，將 步驟2.1得到的沒有目標(biāo)時(shí)的多徑信息和步驟2.2得到的有目標(biāo)時(shí)的多徑信息進(jìn)行比較，分 別得到被每個(gè)目標(biāo)影響的標(biāo)簽;將目標(biāo)位置、被目標(biāo)影響的標(biāo)簽ID、被影響標(biāo)簽的多徑信息 以及影響程度作為離線階段指紋信息存儲(chǔ)于服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中。
[0021] 具體地，所述步驟三的具體實(shí)現(xiàn)方式包括：
[0022] 步驟3.1:若干個(gè)待被檢測(cè)的人進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域，靜止后，兩個(gè)RFID讀寫器，讀取所有 標(biāo)簽的相位值，并采用SAR方法分別計(jì)算兩個(gè)RFID讀寫器到每個(gè)標(biāo)簽的多徑信息，最后將這 些信息存儲(chǔ)于服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中；
[0023]步驟3.2:兩個(gè)RFID讀寫器到每個(gè)標(biāo)簽有不同的路徑信息，即有兩個(gè)集合:集合一 是第一個(gè)RFID讀寫器到所有標(biāo)簽的多徑信息，集合二是第二個(gè)RFID讀寫器到所有標(biāo)簽多徑 信息;利用步驟2.3中的DTW算法并考慮到系統(tǒng)噪聲對(duì)標(biāo)簽的多徑信息變化產(chǎn)生的影響，將 集合一和集合二中的標(biāo)簽多徑信息分別與沒人情況下的標(biāo)簽多徑信息進(jìn)行比較，得到兩個(gè) 被影響標(biāo)簽集合；
[0024]步驟3.3:對(duì)每個(gè)RFID讀寫器而言，與其對(duì)應(yīng)的被影響標(biāo)簽集合中有若干個(gè)被影響 標(biāo)簽子區(qū)域，依據(jù)子區(qū)域個(gè)數(shù)計(jì)算目標(biāo)數(shù)目；針對(duì)每個(gè)目標(biāo)，與其對(duì)應(yīng)的被影響標(biāo)簽ID和這 些標(biāo)簽的多徑信息組成該目標(biāo)的在線指紋信息。
[0025] 具體地，所述步驟四的具體實(shí)現(xiàn)方式包括：
[0026] 每個(gè)目標(biāo)影響的標(biāo)簽不同，則每個(gè)目標(biāo)之間沒有任何關(guān)系，所以每個(gè)目標(biāo)位置的 計(jì)算方式和過程相同，一個(gè)目標(biāo)位置的計(jì)算公式如下：
[0027] M(R,F)=NAmatch-dR(R,F)+niack · ffiack (9)
[0030] 式中：
[0031] R表示在線階段計(jì)算得到的指紋信息，包括每個(gè)目標(biāo)所影響的標(biāo)簽ID以及這些標(biāo) 簽的多徑信息，一個(gè)目標(biāo)位置對(duì)應(yīng)一組在線指紋信息；
[0032] F表示離線階段計(jì)算得到的所有的目標(biāo)信息集合，即目標(biāo)位置、被影響標(biāo)簽ID以及 被影響標(biāo)簽的多徑信息；
[0033] M(R，F(xiàn))表示在線階段的指紋信息與一組離線階段的指紋信息的匹配分?jǐn)?shù)，匹配分 數(shù)越高，說明兩者越相近；
[0034] N表示在線階段和每一組離線階段的相同標(biāo)簽數(shù)目；
[0035] Amatch表示相同被影響標(biāo)簽在位置匹配過程中的權(quán)重；
[0036] dR(R，F(xiàn))表示在線階段的指紋信息與一組離線階段指紋信息在所有相同被影響標(biāo) 簽的多徑信息上的綜合差異；
[0037] SLT表示相同被影響標(biāo)簽在多徑信息上的差別；
[0038] nlac；k表示離線階段和在線階段中相同天線信號(hào)不全的被影響標(biāo)簽數(shù)量；
[0039] Wlack表不天線信號(hào)不全的權(quán)重；
[0040] Ltarg(3t表示針對(duì)每個(gè)待檢測(cè)目標(biāo)，分別計(jì)算此待檢測(cè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的在線指紋和所有 離線指紋的M(R，F(xiàn))值，得到最大M(R，F(xiàn))值對(duì)應(yīng)的離線指紋，則該離線指紋中的目標(biāo)位置即 為所求位置。
[0041 ]具體地，所述步驟2.3中得到被每個(gè)目標(biāo)影響的標(biāo)簽的具體實(shí)現(xiàn)方式包括：
[0042]假設(shè)有兩個(gè)多徑信息文件，即Βα和Be，
[0043] Βα = Βα(0)，…Ba(i)，…Βα(180) (2)
[0044] Bfs = Bfi(0)，…Bfi(i)，…Bfi(180) (3)
[0045] 每個(gè)多徑信息文件中有L=180個(gè)值，則這兩個(gè)多徑信息的差異值為
[0047] 在計(jì)算過程中，i不一定等于j，所以兩個(gè)多徑信息的差異為最小匹配值；
[0048] 因系統(tǒng)噪聲也能引起標(biāo)簽的多徑信息變化，為了判斷多徑信息變化是由于噪聲的 影響還是由于目標(biāo)的影響:假設(shè)α為上一時(shí)刻用于判斷標(biāo)簽多徑信息是否被人影響的閾值， SLTn?表示當(dāng)前測(cè)得的判斷標(biāo)簽多徑是否被人影響的閾值，m表示閾值偏差，則先計(jì)算當(dāng)前 閾值與前一時(shí)刻閾值之差diff，
[0049] diff = SLTnew-a (5)
[0050] 使用當(dāng)前時(shí)刻閾值更新a和m，得到
[0051] α = (1-〇·125) · α+〇·125 · SLTnew (6)
[0052] m=(l-0.25) · m+0.25 · |diff (7)
[0053] 其中，0.125和0.25是最新閾值和偏差所占的比重，化簡(jiǎn)公式(6)和(7)，得出，
[0054] a = a+〇.125 · diff (8)
[0055] m=m+0.25 · ( |diff |-m) (9)
[0056] 從而最新閾值為，
[0057] Th = a+4m (10)
[0058] 如果測(cè)得標(biāo)簽在有人和沒人時(shí)的多徑信息差異值SLTaj大于閾值Th，則認(rèn)為此標(biāo) 簽為被影響標(biāo)簽。
[0059] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0060] 1、本發(fā)明的定位方法僅需要少量廉價(jià)的RFID被動(dòng)式標(biāo)簽就可以對(duì)多個(gè)未知目標(biāo) 定位，即所需經(jīng)濟(jì)成本低，突破了傳統(tǒng)意義上使用昂貴設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的定位。
[0061 ] 2、本發(fā)明的定位方法將人對(duì)多徑信息的擾動(dòng)作為指紋信息，而目前多目標(biāo)定位方 法中則去除多徑或者忽略多徑信息，所以本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)粒度的位置計(jì)算，而其他方法 只能指出目標(biāo)的大致位置。
[0062] 3、本發(fā)明采用選擇性匹配策略，若當(dāng)前在線指紋與某離線指紋沒有相同被影響標(biāo) 簽，則無需匹配，很大程度上降低了時(shí)間復(fù)雜度；
[0063] 4、本發(fā)明巧妙利用RFID讀寫器和標(biāo)簽在通信過程中目標(biāo)的遮擋造成的信號(hào)無法 接收的情況，而不是想盡辦法避免這種情況，具有普適性和實(shí)用性。
[0064] 5、本發(fā)明的定位方法對(duì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性非常好，因此能夠很好的適應(yīng)應(yīng)用場(chǎng)景 的動(dòng)態(tài)變化，本定位方法具