專利名稱：無源超高頻rfid室內(nèi)定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種室內(nèi)定位系統(tǒng)，特別涉及一種低成本低讀寫器密度的無源 超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
室內(nèi)實時定位系統(tǒng)可以按分辨精度分為精定位系統(tǒng)和粗定位系統(tǒng)，精定位 系統(tǒng)根據(jù)信號強(qiáng)度或時間測量等方式，顯示目標(biāo)物的物理位置距參考點的矢量 位移；粗定位系統(tǒng)通過定位節(jié)點的通訊范圍和自身位置來判斷目標(biāo)物的所處區(qū) 域，在小型、低功耗、低造價系統(tǒng)中常采用粗定位系統(tǒng)。
現(xiàn)代信息社會對通過一定科技手段對標(biāo)識物或人實施實時定位提出迫切 需求，在物流領(lǐng)域通過物品實時定位有利于提高管理水平、保持高效運轉(zhuǎn)；在 公共安全領(lǐng)域應(yīng)用實時定位技術(shù)，有利于維護(hù)社會秩序，防范和打擊違規(guī)違法 行為。目前已獲得較為廣泛使用的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Position System, GPS)拓展了人們宏觀運動范圍內(nèi)進(jìn)行絕對定位的能力，孕育了很多應(yīng)用，如 車載定位系統(tǒng)和內(nèi)置式手機(jī)定位系統(tǒng)己走入了百姓生活。但因為視線效應(yīng)和信 號衰減，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)在室內(nèi)定位環(huán)境中遇到障礙，新型的室內(nèi)定位技術(shù) 在物流倉儲管理、生產(chǎn)過程管理、特種人群服務(wù)和消防定位等方面有廣闊的應(yīng) 用市場，構(gòu)建低成本實時定位系統(tǒng)成為比較迫切的任務(wù)。
近年，人們發(fā)展了多種技術(shù)方法克服GPS室內(nèi)定位的困難，這些方法在 處理時間、定位精確度和系統(tǒng)成本上表現(xiàn)各異，主要有如下使用紅外線技術(shù) 的Active Badge室內(nèi)定位系統(tǒng)；使用超聲波延時信息的Active bat室內(nèi)定位系 統(tǒng)；使用超聲波延時信息鄰近判斷綜合定位技術(shù)的Cricket室內(nèi)定位系統(tǒng)；使 用WLAN技術(shù)的RADAR室內(nèi)定位系統(tǒng)；使用有源標(biāo)簽射頻識別技術(shù)的 SpotON室內(nèi)定位系統(tǒng)。
在室內(nèi)環(huán)境中對標(biāo)識物進(jìn)行實時定位可以分為以下三個步驟(一)感知
外部信號和標(biāo)識物，獲得特征信息；(二)通過定位模型和定位算法在數(shù)據(jù)庫中找出與特征信息對應(yīng)的位置信息；(三)通過數(shù)據(jù)通訊接口，發(fā)送標(biāo)識物的 定位信息滿足應(yīng)用軟件的査詢需求。上述識別定位過程需要考慮多類因素，如 優(yōu)化取值、分割和歸類等，因此需設(shè)立假設(shè)并進(jìn)行證實，設(shè)立和證實進(jìn)程是有 啟發(fā)性的，不具有普遍性，同時實時標(biāo)識物識別的進(jìn)程十分復(fù)雜。典型的物體 識別系統(tǒng)的識別能力是有限的，也只能應(yīng)用于特定環(huán)境。
射頻識別以非接觸射頻通訊方式實現(xiàn)物體識別，其基本功能也是最出色的 能力是識別物體，同時射頻識別的標(biāo)簽信號強(qiáng)弱和讀寫器天線和標(biāo)簽天線的輻 射方式、兩者間的相對位置與方向有著密切的聯(lián)系，射頻識別可以在不需要額 外的傳感器的情況下識別物體，同時判定物體所處位置。
射頻識別定位技術(shù)(Radio Frequency Identification, RFID)具有低成本構(gòu) 建室內(nèi)定位系統(tǒng)的能力，同時具有系統(tǒng)構(gòu)建不復(fù)雜、靈活性強(qiáng)、便于擴(kuò)展、實 用性能優(yōu)越的特點，在室內(nèi)定位應(yīng)用環(huán)境中有很強(qiáng)的競爭力，獲得業(yè)界廣泛關(guān) 注，成為當(dāng)前研究熱點。
射頻識別技術(shù)應(yīng)用于室內(nèi)定位還面臨一些實際問題，因為它們均隱含了可 以識讀工作區(qū)域內(nèi)所有標(biāo)簽的假設(shè)，但是一些標(biāo)簽可能會因會因為安裝位置不 同無法被讀出，同時不在讀寫器工作區(qū)域的不應(yīng)該被識別的電子標(biāo)簽也有可能 被讀寫器讀到；讀寫器接受的標(biāo)簽信號強(qiáng)度也會有一定波動，射頻信號在室內(nèi) 復(fù)雜環(huán)境下射頻信號遇到墻壁、地面和鄰近物體時會產(chǎn)生反射、散射和衍射， 造成多徑傳輸效應(yīng)明顯，這樣對原有標(biāo)簽信號會產(chǎn)生兩種可能作用，增強(qiáng)標(biāo)簽 信號或減弱標(biāo)簽信號，這依靠于多徑傳輸?shù)母鹘M成信號的相位差異。
因此，提出符合我國頻率資源的涉密資產(chǎn)RFID實時定位系統(tǒng)軟硬件產(chǎn)品 實現(xiàn)方案，滿足在既定區(qū)域內(nèi)對RFID標(biāo)簽實施實時、高精度的定位系統(tǒng)就具 有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)，克服GPS室 內(nèi)定位的困難，滿足在既定區(qū)域內(nèi)對RFID標(biāo)簽實施實時、高精度的定位。 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn) 一種無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，它包括讀寫器，用于根據(jù)電子標(biāo)簽的信號確定電子標(biāo)簽的位置；
天線，由讀寫器控制天線的輸入功率并發(fā)射問訊信號和接受電子標(biāo)簽的響
應(yīng)信號；
電子標(biāo)簽，設(shè)置在標(biāo)識物上并向讀寫器發(fā)送標(biāo)識物的身份信息和內(nèi)置數(shù)據(jù)
信息；及
控制終端，用于接收讀寫器收到的電子標(biāo)簽的位置信號判定電子標(biāo)簽所在 的位置；
所述控制終端通過讀寫器向空間中不同位置的天線發(fā)送不同的射頻功率 信號，改變不同位置天線的射頻工作區(qū)域，判定電子標(biāo)簽標(biāo)示的標(biāo)識物所在的 具體位置。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述讀寫器之間互相聯(lián)動，實現(xiàn)各自輸出的端 口射頻功率的調(diào)整，以適應(yīng)大范圍室內(nèi)定位的環(huán)境。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)中還包括 參考電子標(biāo)簽，所述參考電子標(biāo)簽的位置信息為已知的，存儲在所述控制終端 中，所述讀寫器通過判斷所述參考電子標(biāo)簽與所述電子標(biāo)簽的信號強(qiáng)弱，得出 所述電子標(biāo)簽的位置信息。
進(jìn)一步，所述讀寫器按照邏輯關(guān)系和優(yōu)化算法得出與所述電子標(biāo)簽最鄰近 的所述參考電子標(biāo)簽的位置，得出所述電子標(biāo)簽的位置信息。
進(jìn)一步，所述參考電子標(biāo)簽與所述電子標(biāo)簽之間建立誤差聯(lián)動，通過多組 所述參考電子標(biāo)簽與所述電子標(biāo)簽形成多組距離對比數(shù)據(jù)，來提高所述電子標(biāo) 簽位置信息的分辨率，獲得較為準(zhǔn)確的所述電子標(biāo)簽的位置數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)具有環(huán)境 定位模型和相應(yīng)定位算法，解決各類室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下射頻信號遇到墻壁、地面 和鄰近標(biāo)識物時會產(chǎn)生反射、散射和衍射，造成多徑傳輸效應(yīng)對標(biāo)簽信號會的 影響，提高定位準(zhǔn)確度。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)具有校正 機(jī)制，將所述讀寫器、電子標(biāo)簽、天線及控制終端的設(shè)備信息與已知位置列表 聯(lián)立，減少評估誤差變量的定位算法，實現(xiàn)高準(zhǔn)確度實時定位。
進(jìn)一步，所述讀寫器、電子標(biāo)簽及天線的設(shè)備信息直接存儲在所述控制終端中。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述電子標(biāo)簽為能夠適應(yīng)不同材料的標(biāo)識物 體，能夠在不同標(biāo)識物材質(zhì)和安置方向下被所述讀寫器正確識別。
本發(fā)明的無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)，通過讀寫器和天線互相配合形 成特定的電子標(biāo)簽工作區(qū)域，工作區(qū)域隨輸出功率的增加而變大，讀寫器向空 間分離的各個天線發(fā)送不同的射頻功率，進(jìn)行電子標(biāo)簽工作區(qū)域的動態(tài)掃略， 通過集合判定確定電子標(biāo)簽標(biāo)識物的具體位置，實現(xiàn)本發(fā)明的目的。


圖1為本發(fā)明的無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解， 下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。 實施例
如圖1所示，本發(fā)明的無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)，它包括讀寫器 10、天線20、電子標(biāo)簽30及控制終端(圖中未示)；讀寫器10用于根據(jù)電子 標(biāo)簽30的信號確定電子標(biāo)簽30的位置；天線20由讀寫器10控制天線20的 輸入功率，天線20發(fā)射問訊信號和接受電子標(biāo)簽30的響應(yīng)信號；電子標(biāo)簽30 設(shè)置在標(biāo)識物上并向讀寫器10發(fā)送標(biāo)識物的身份信息和內(nèi)置數(shù)據(jù)信息；控制 終端用于接收讀寫器10收到的電子標(biāo)簽30的位置信號判定電子標(biāo)簽30所在 的位置。
在本實施例中，在貨物堆棧的邊沿安放四個天線20，在場地中央安置一 部讀寫器IO，控制終端(圖中未示)通過讀寫器10以軟件形式向空間中不同 位置的天線20發(fā)送不同的射頻功率信號，控制四個天線20的輸入功率，改變 不同位置天線20的射頻工作區(qū)域,各個天線20的覆蓋區(qū)域在時間上是變化的， 但是其主體區(qū)域相對穩(wěn)定，天線20的射頻工作區(qū)域以動態(tài)形式實現(xiàn)掃略，系 統(tǒng)自動關(guān)聯(lián)各個天線20的輸出功率信息和電子標(biāo)簽30的識別信息，通過集合 判定電子標(biāo)簽30標(biāo)示的標(biāo)識物所在的具體位置。
7在本發(fā)明中，讀寫器10之間互相聯(lián)動，實現(xiàn)各自輸出的端口射頻功率的
調(diào)整，以適應(yīng)大范圍室內(nèi)定位的環(huán)境。
本發(fā)明的無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)中還包括參考電子標(biāo)簽40，參考 電子標(biāo)簽40的位置信息為已知的，在對應(yīng)一定的倉儲物資室內(nèi)堆放環(huán)境，參 考電子標(biāo)簽40安置在空間分離的不同貨物堆棧中，參考電子標(biāo)簽40的位置信 息作為已知信息存儲在控制終端(圖中未示)中，讀寫器IO通過判斷參考電 子標(biāo)簽40與電子標(biāo)簽30的信號強(qiáng)弱，按照一定的邏輯關(guān)系和優(yōu)化算法，使用 參考電子標(biāo)簽40通過比較參考電子標(biāo)簽40和電子標(biāo)簽30的信號強(qiáng)度，結(jié)合 參考電子標(biāo)簽40的自身位置坐標(biāo)實現(xiàn)定位功能，通過由參考電子標(biāo)簽40形成 的分布網(wǎng)絡(luò)圖獲得電子標(biāo)簽30的位置信息，這種位置算法降低了對天線20位 置坐標(biāo)的依賴性，采取以參考電子標(biāo)簽40建立參照坐標(biāo)系，得出與電子標(biāo)簽 30最鄰近的參考電子標(biāo)簽40的位置。
讀寫器10接收的電子標(biāo)簽30的信號強(qiáng)度會有一定波動，射頻信號在室內(nèi) 復(fù)雜環(huán)境下射頻信號遇到墻壁、地面和鄰近標(biāo)識物時會產(chǎn)生反射、散射和衍射， 造成多徑傳輸效應(yīng)明顯，參考電子標(biāo)簽40與電子標(biāo)簽30之間建立誤差聯(lián)動， 通過多組參考電子標(biāo)簽40與電子標(biāo)簽30形成多組距離對比數(shù)據(jù)，來提高電子 標(biāo)簽30位置信息的分辨率，獲得較為準(zhǔn)確的電子標(biāo)簽30的位置數(shù)據(jù)，增加定 位精度，同時降低對天線20位置坐標(biāo)的依賴。
本發(fā)明的無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)具有環(huán)境定位模型和相應(yīng)定位算 法，采取分級定位算法和典型應(yīng)用場景的定位模型，讀寫器10作為二級網(wǎng)格 分布于定位區(qū)域，電子標(biāo)簽30以等效地位的一級網(wǎng)格節(jié)點依附于表示標(biāo)識物 上，利用定位區(qū)域現(xiàn)有或可以低成本構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌鉀Q各類室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境 下射頻信號遇到墻壁、地面和鄰近標(biāo)識物時會產(chǎn)生反射、散射和衍射，造成多 徑傳輸效應(yīng)對標(biāo)簽信號會的影響，提高定位準(zhǔn)確度。
本發(fā)明的無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)具有校正機(jī)制，將讀寫器IO、電 子標(biāo)簽30、天線20及控制終端(圖中未示)的設(shè)備信息與已知位置列表聯(lián)立， 或者直接將讀寫器10、電子標(biāo)簽30及天線20的設(shè)備信息直接存儲在控制終端 (圖中未示)中，利用合適的信號傳播模型為參考位置計算出理論上的信號強(qiáng) 度，提取典型場景的定位特征參數(shù)，在按特定要求劃分網(wǎng)格的邏輯空間內(nèi)評估各狀態(tài)過渡的概率與預(yù)期結(jié)果，同時輔以經(jīng)驗數(shù)據(jù)能夠適應(yīng)不同建筑材料、建 筑類型和室內(nèi)分隔狀況的定位環(huán)境解決各類室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下射頻信號波動影 響，減少評估誤差變量的定位算法，能夠在短時間內(nèi)建立在不同的應(yīng)用場景中 并保持優(yōu)良的定位準(zhǔn)確度，實現(xiàn)高準(zhǔn)確度實時定位。
本發(fā)明中的電子標(biāo)簽30為能夠適應(yīng)不同材料的標(biāo)識物體，能夠在不同標(biāo) 識物材質(zhì)和安置方向下被所述讀寫器正確識別，解決安裝位置和標(biāo)識物材質(zhì)對 電子標(biāo)簽信號強(qiáng)度的嚴(yán)重影響問題，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。
本發(fā)明中的控制終端(圖中未示)為現(xiàn)有常規(guī)的控制設(shè)備在此就不贅述了 。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè) 的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中 描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明 還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本 發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1、一種無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，它包括讀寫器，用于根據(jù)電子標(biāo)簽的信號確定電子標(biāo)簽的位置；天線，由讀寫器控制天線的輸入功率并發(fā)射問訊信號和接受電子標(biāo)簽的響應(yīng)信號；電子標(biāo)簽，設(shè)置在標(biāo)識物上并向讀寫器發(fā)送標(biāo)識物的身份信息和內(nèi)置數(shù)據(jù)信息；及控制終端，用于接收讀寫器收到的電子標(biāo)簽的位置信號判定電子標(biāo)簽所在的位置；所述控制終端通過讀寫器向空間中不同位置的天線發(fā)送不同的射頻功率信號，改變不同位置天線的射頻工作區(qū)域，判定電子標(biāo)簽標(biāo)示的標(biāo)識物所在的具體位置。
2、 如權(quán)利要求1所述的無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于， 所述讀寫器之間互相聯(lián)動，實現(xiàn)各自輸出的端口射頻功率的調(diào)整，以適應(yīng)大范 圍室內(nèi)定位的環(huán)境。
3、 如權(quán)利要求1所述的無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于， 所述無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)中還包括參考電子標(biāo)簽，所述參考電子標(biāo) 簽的位置信息為已知的，存儲在所述控制終端中，所述讀寫器通過判斷所述參 考電子標(biāo)簽與所述電子標(biāo)簽的信號強(qiáng)弱，得出所述電子標(biāo)簽的位置信息。
4、 如權(quán)利要求3所述的無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述讀寫器按照邏輯關(guān)系和優(yōu)化算法得出與所述電子標(biāo)簽最鄰近的所述參考 電子標(biāo)簽的位置，得出所述電子標(biāo)簽的位置信息。
5、 如權(quán)利要求3所述的無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述參考電子標(biāo)簽與所述電子標(biāo)簽之間建立誤差聯(lián)動，通過多組所述參考電子 標(biāo)簽與所述電子標(biāo)簽形成多組距離對比數(shù)據(jù)，來提高所述電子標(biāo)簽位置信息的 分辨率，獲得較為準(zhǔn)確的所述電子標(biāo)簽的位置數(shù)據(jù)。
6、 如權(quán)利要求1所述的無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于， 所述無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)具有環(huán)境定位模型和相應(yīng)定位算法，解決 各類室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下射頻信號遇到墻壁、地面和鄰近標(biāo)識物時會產(chǎn)生反射、散射和衍射，造成多徑傳輸效應(yīng)對標(biāo)簽信號會的影響，提高定位準(zhǔn)確度。
7、 如權(quán)利要求1所述的無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于， 所述無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)具有校正機(jī)制，將所述讀寫器、電子標(biāo)簽、 天線及控制終端的設(shè)備信息與已知位置列表聯(lián)立，減少評估誤差變量的定位算 法，實現(xiàn)高準(zhǔn)確度實時定位。
8、 如權(quán)利要求1所述的無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于， 所述讀寫器、電子標(biāo)簽及天線的設(shè)備信息直接存儲在所述控制終端中。
9、 如權(quán)利要求1所述的無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于， 所述電子標(biāo)簽為能夠適應(yīng)不同材料的標(biāo)識物體，能夠在不同標(biāo)識物材質(zhì)和安置 方向下被所述讀寫器正確識別。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無源超高頻RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)，它包括讀寫器、天線、電子標(biāo)簽及控制終端；所述控制終端通過讀寫器向空間中不同位置的天線發(fā)送不同的射頻功率信號，改變不同位置天線的射頻工作區(qū)域，判定電子標(biāo)簽標(biāo)示的標(biāo)識物所在的具體位置；通過讀寫器和天線互相配合形成特定的電子標(biāo)簽工作區(qū)域，工作區(qū)域隨輸出功率的增加而變大，讀寫器向空間分離的各個天線發(fā)送不同的射頻功率，進(jìn)行電子標(biāo)簽工作區(qū)域的動態(tài)掃略，通過集合判定確定電子標(biāo)簽標(biāo)示物的具體位置，實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
文檔編號G06K17/00GK101604397SQ20091005502
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者蔚 何, 旭 徐, 彤 朱, 王占斌, 黃銀龍 申請人:公安部第三研究所