【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于物联网无线定位领域，具体涉及一种基于多基站的uhf rfid标签三维定位方法及系统。
技术介绍
1、近年来，受益于无线通信技术的进步，物联网得到了广泛关注。物联网设备可以通过无线方式进行通信和连接，在智能家居、智能城市、智能交通、智能制造等领域得到了广泛应用。无线定位技术是物联网中的一个重要组成部分，它可以实现对物联网设备的定位和追踪。目前，常用的无线定位技术包括全球定位系统(gps)、红外线定位技术、超声波定位、蓝牙低功耗(ble)定位、zigbee技术、无线局域网(wlan)定位、超宽带(uwb)技术、射频识别(rfid)定位等。
2、随着物联网技术的快速发展，射频识别(rfid)技术作为物联网技术的关键技术之一得到许多学者关注，相关研究已经比较成熟，应用于室内定位领域也可以获得较高的精度。uhf rfid(超高频射频识别)是一种远距离的无线通信技术，利用超高频(uhf)无线电波来识别和跟踪物品，具有高读取距离、高数据传输速率、低成本、易于使用等优点。目前的uhf rfid阅读器可以同时读到多个标签，但无法知道各个标签的位置。在很多应用场景下，需要对多个标签进行读取并定位。对人、车、图书等目标而言，高度相对固定，在这些目标身上放置rfid标签，此时的室内定位即在较大范围的室内环境下用rfid技术定位高度已知的标签。针对一些高度不确定的目标，则需要获得其三维位置坐标，此时的室内定位是在大范围室内环境下定位高度未知的标签。
3、中国专利cn113945889a专利技术了一种基于多天线pdoa
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术公开了一种基于多基站的uhf rfid标签三维定位方法及系统，该定位方法采用基于pdoa的测距技术，在标签高度已知和未知两种情况下计算目标标签三维位置坐标。通过这种方法，可以在任意场景下实现目标标签的三维位置定位。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于多基站的uhf rfid标签三维定位系统，包括待定位的空间区域内放置的≥三个基站(本专利技术使用三个基站)，每个基站上装有多个天线，rfid标签，阅读器。
4、一种基于多基站的uhf rfid标签三维定位方法，其定位过程包括以下步骤：
5、(1)相位数据获取：射频信号频率f，通过阅读器、天线获取rfid标签的相位信息。
6、(2)构建角度距离模型：
7、采用基于pdoa的测距方法进行距离估计，rfid标签到同一基站两个相邻天线间的入射角θ为：
8、
9、其中，d表示同一基站相邻两天线之间的距离并满足c为光速，表示同一基站上相邻两天线的相位差。λ代表射频信号的波长。
10、利用几何方法得到标签到两个天线所在直线的垂直距离d
11、
12、其中x为两个天线所在直线方向标签偏离两个天线的中心点的距离。
13、已知同一基站上两个相邻天线连线的中心点的高度，与偏移量x作几何运算，即可得到rfid标签的高度。
14、(3)在rfid标签高度已知和未知两种情况下计算标签到基站的距离，标签高度未知时需计算标签的高度。
15、当rfid标签高度已知时，每个基站使用两个天线即可。射频信号的波长为λ，待测标签的入射角θ1和到基站的距离d1分别为：
16、
17、其中为两个天线的相位差，x1为两个天线所在直线方向标签偏离两个天线的中心点的距离。
18、当rfid标签高度未知时，每个基站使用三个天线，标签的入射角θ1，θ1'和到基站的距离d1分别为：
19、
20、其中分别为上面两个天线和下面两个天线的相位差。
21、每个基站使用四个天线时，标签的入射角θ1，θ1'和到基站的距离d1分别为：
22、
23、其中分别为第一组两个天线和第二组两个天线的相位差，d1为两组天线之间的距离。
24、使用六个天线时，一共三组天线，每组天线间的距离为d1，标签的入射角θ1，θ1'，θ1”和到基站的距离d1分别为：
25、
26、其中分别为第一组两个天线，第二组两个天线，第三组两个天线的相位差。
27、需要注意的是，每个基站使用三个或多于三个天线同样适用于标签高度已知的情况。
28、(4)利用三角定位法计算rfid标签最终位置坐标
29、定位阶段需要使用至少三个基站，由(3)得到rfid标签对于每个基站固定位置点的入射角和到每个基站的距离，利用三角定位法获得标签的位置。
30、每个基站使用两个天线时，标签高度已知，标签的坐标(x,y,z)通过如下方程组计算，
31、
32、其中(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3)为三个基站上两个天线的中心点的坐标，d1,d2,d3为标签到三个基站的距离。
33、每个基站使用三个或大于三个天线时，标签高度未知，标签的坐标(x,y,z)通过如下方程组计算
34、
35、其中θ1,θ2,θ3为标签到三个基站上两个天线的中心点的入射角。
36、需要注意的是，本专利技术所采用的pdoa方法只需要采用单一频率，如果有多个频率，也是适用的。
37、本专利技术的有益效果为：
38、本专利技术所述的一种基于多基站的uhf rfid标签三维定位方法及系统，该定位方法采用基于pdoa的测距技术，通过单个基站获取标签的入射角和标签到基站的距离。通过多个基站使用三角定位法在标签高度已知和未知两种情况下获得待测标签的三维位置坐标；通过这种方法，可以实现在任意场景下准确定位目标标签。
39、中国专利cn113945889a是利用不同射频信号频率下相位差测算标签到天线之间的距离，再利用测距三角形计算标签到阅读器之间的距离。该方法可以解决相位的模糊问题，但测距范围为二维平面，需要使用多个不同频率以获得频率差，实际使用时由于国内超高频工作频段较窄，会影响频差法的运用。该方法种对入射角度的获取提及较模糊，在本专利技术中采用的pdoa方法只需要采用单一频率，入射角度通过两个天线的相位差的表达式得出而后计算标签到单个基站的距离，通过三个或多个基站得到标签的三维位置坐标，实现任意场景下的标签三维定位。
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1.一种基于多基站的RFID标签三维定位方法，通过单个基站获取标签的入射角和标签到基站的距离，通过多个基站使用三角定位法获得待测标签的位置，采用的定位系统包括阅读器，≥三个定位基站，多个天线；其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于多基站的UHF RFID标签三维定位方法，其特征在于，所采用的PDOA方法只需要采用单一频率，如果有多个频率，则每个频率单独计算，再将多个频率下计算的结果取平均。
3.根据权利要求1所述的一种基于多基站的UHF RFID标签三维定位方法，其特征在于，所述定位系统，通过阅读器、天线获得待测标签的相位信息，多基站定位标签，获取标签的三维位置，至少需要使用三个基站。
4.根据权利要求1所述的一种基于多基站的UHF RFID标签三维定位方法，其特征在于，单个基站上使用不同数量的天线，对应的摆放方式及角度距离模型各不相同；标签高度已知时，单个基站使用两个天线即可，两个天线间的距离小于射频信号波长的一半；标签高度未知时，单个基站使用三个、四个、六个或更多个天线，使用三个天线时相邻两个天线的距离小于射频信号波长
5.根据权利要求4所述的一种基于多基站的UHF RFID标签三维定位方法，其特征在于，所述角度距离模型，在待测标签高度已知的情况下，每个基站使用两个天线，两个天线间的距离小于射频信号波长的一半，测距模型为
6.根据权利要求4所述的一种基于多基站的UHF RFID标签三维定位方法，其特征在于，所述角度距离模型，待测标签高度未知时，每个基站使用三个天线，相邻两个天线的距离小于射频信号波长的一半，测距模型为
7.根据权利要求4所述的一种基于多基站的UHF RFID标签三维定位方法，其特征在于，所述角度距离模型，待测标签高度未知时，每个基站使用四个天线，两个天线为一组并且组内天线间的距离小于射频信号波长的一半，测距模型为
8.根据权利要求4所述的一种基于多基站的UHF RFID标签三维定位方法，其特征在于，所述角度距离模型，待测标签高度未知时，每个基站使用六个天线，两个天线为一组并且组内天线间的距离小于射频信号波长的一半，每组天线间的距离为D1，测距模型为
...【技术特征摘要】
1.一种基于多基站的rfid标签三维定位方法，通过单个基站获取标签的入射角和标签到基站的距离，通过多个基站使用三角定位法获得待测标签的位置，采用的定位系统包括阅读器，≥三个定位基站，多个天线；其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于多基站的uhf rfid标签三维定位方法，其特征在于，所采用的pdoa方法只需要采用单一频率，如果有多个频率，则每个频率单独计算，再将多个频率下计算的结果取平均。
3.根据权利要求1所述的一种基于多基站的uhf rfid标签三维定位方法，其特征在于，所述定位系统，通过阅读器、天线获得待测标签的相位信息，多基站定位标签，获取标签的三维位置，至少需要使用三个基站。
4.根据权利要求1所述的一种基于多基站的uhf rfid标签三维定位方法，其特征在于，单个基站上使用不同数量的天线，对应的摆放方式及角度距离模型各不相同；标签高度已知时，单个基站使用两个天线即可，两个天线间的距离小于射频信号波长的一半；标签高度未知时，单个基站使用三个、四个、六个或更多个天线，使用三个天线时相邻两个天线的距离小于射频信号波长的一半，使用四个、六个或...
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