一种基于时间差测量的天线切换式射频定位方法，属于射频定位技术领域，其特征在于，以读写器所处位置为坐标原点，将天线组中的定位天线分布在空间中，并将其坐标信息录入主机。通过天线切换控制单元切换接入不同定位天线并测量从读写器发出信号到标签返回的信息被读写器所接收的时间间隔。测量数据在主机处经过处理得到在接入不同定位天线时电磁波在空间传播的时间差，通过时间差得到标签到达对应的两个不同天线的距离差，进而列出多组双曲面方程，将多组方程经过迭代计算即可得到标签的位置坐标。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于RFID
，特别涉及一种基于时间间隔测量技术的射频定位方法。
技术介绍
射频识别技术(Radio Frequency Identification, RFID)采用电磁波或磁场f禹合的方式进行数据的传输，因此其最重要的特征就是非接触式识别。与其他接触式自动识别技术相比，射频识别技术具有很多优点，比如识别距离远、读取速率高、存储空间大、外形多样、可重复使用等等。 典型的射频识别系统主要由主机、读写器和射频标签三部分构成。主机通过数字接口实现对读写器的控制和数据的交换处理，为用户提供有效的信息。读写器是访问标签数据的设备，主要由天线、射频模块和基频模块构成。射频标签则由标签芯片和天线构成，被识别物体的信息存储在标签芯片中。当然，由于应用的要求不尽相同，射频识别系统的结构也是多样的。本专利技术将射频识别技术用于无线定位系统。无线定位技术是通过特定的算法对接收到的电磁波的某些参数进行处理，以此来推断待测对象的位置。目前，在无线网络环境下进行定位服务的定位模式有信号强度法、收信角度法、收信时间、收信时间差等4种。其中信号强度法(Received Signal Strength, RSS)定位技术有两种方法信号传播模型定位和经验定位。其中信号传播模型定位方法必须结合具体的实际应用环境构建信号传播损失模型，只有这样，才能通过信号强度的衰减来判断待测物体与读写器之间的距离。由于无线电在室内传播会呈现出多重路径干扰衰减以及屏蔽效应，这些因素会造成接收信号强度与自由真空中传播结果的很大差异，从而使预估的传播距离产生误差，这样的话，待测物体的预估位置就不会与前面的计算交于一点，而会落在一个预估区域内；经验定位是在读写器工作的区域内取一些关键的位置作为目标标签的参考位置点，并事先将参考点的位置信息和信号强度信息存储在后台系统，这样将目标标签的返回信号强度信息与存储信息比对，就可以确定目标标签位置，该方法所需时间成本高，前期需要较长的经验积累，后期需要搜索数据库，定位精度很大程度上取决于静态参考点的位置和数目。收信角度法(Angle of Arrival, A0A)定位技术的工作原理是利用具有方向性的天线或天线阵列来判断主动式标签信号可能的来源方向。该方法定位精度较高，但是由于需要昂贵的接收天线阵列，因此系统部署成本较高。在室内阻挡物较多和非视距影响的情况下，方向测量误差较大。收信时间(Time of Arrival, T0A)定位技术采用几何原理,这与信号强度法的几何原理是相同的，唯一不同点是决定圆的半径的参数不是信号强度，而是信号的传播时间。将信号传播时间乘以传播速度，就可以得到主动式标签到读取器之间的距离。TOA对于时间的敏感度很高，必须十分准确地测量信号实际的传播时间。收信时间差(Time Difference of Arrival,TD0A)定位技术通过测量信号从两个基站传播到使用者的时间差以双曲线定位的原理来进行定位。该方法测量出信号到达两个基站的时间差，每两个基站得到一个测量值，从而形成一个双曲线定位区。这样，三个基站就会得到两个双曲线定位区，通过求解它们的交界点就可以得到使用者的确切位置。TDOA是对TOA的改进，它要求所有参与工作的读写器在时间上要有严格的同步，否则无法完成对目标的跟踪定位。本专利技术采用读写器而非标签作为定位的主动方，将读写器端的天线组中的天线分散排布在空间中，保证在测量范围内无论标签在什么位置都能被至少四个天线的场区所覆盖。主机中内设时间间隔测量模块，用来测量从系统的各个天线发送信号到接收到标签返回信号的时间差，然后将数据发往主机其它单元，将两两时间差比较，得到相对时间差，换算成距离差之后通过双曲面定位算法确定标签的位置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低成本同时也具有一定精确性的定位方法。本专利技术通 过测量读写器天线组中的每个定位天线从发出信号到接收到来自同一标签的返回信号(定位信号)的时间间隔，将接入不同定位天线时测得的时间间隔处理得到相对传输时间差，并由此计算标签到不同定位天线的距离差，然后以定位天线为坐标，经过双曲面迭代算法解出标签的具体位置坐标。本专利技术的特征在于依次含有以下步骤步骤(I):构建一个基于时间差测量的天线切换式射频定位系统定位方包括一个含有设定个数定位天线的天线组、一个天线切换控制单元、读写器和主机，其中多个定位天线，分散排布在空间中，所述定位天线的数量和排布方式必须保证在测量范围内无论射频标签在什么位置均同时能被至少四个天线的场区所覆盖，天线切换控制单元，每次切换接入一个所述定位天线，读写器由基频模块、射频模块和功率放大模块依次串接而成，所述功率放大模块输出的射频信号通过所述天线切换控制单元后由一个被选通的所述定位天线发出，主机，设有天线切换控制信号输出端，与所述天线切换控制单元的天线控制信号输入端相连，还设有与读写器通信的接口，包括读写器控制信号的输出端和读写器启动、终止时间间隔测量的信号输入端，在所述主机内预先设有以所述读写器为原点的、全部的经过所述主机排序的各个所述定位天线的坐标信息，以及预先测出并存储的因所述读写器与所述各定位天线的连接电缆长度不同而引起的时差，还预置有时间间隔测量模块，以测量从所述读写器发出的定位信号到接收来自射频标签的返回信号的时间间隔，被定位方，是空间中各个经主机排序的射频标签中被唤醒的一个，各所述射频标签均由射频天线和标签芯片依次连接而成，所述标签芯片在接收到读写器信号后能即刻产生接收触发信号，经过固定延迟后发送应答信号给读写器，该固定延迟时间经预先设置用以保证大于标签反应时间和解码时间，不影响正常通信过程；步骤(2):所述基于时间差测量的天线切换式射频定位系统依次按以下步骤对所述射频标签进行无线定位步骤(2. I):主机录入所述定位天线分布的坐标信息和所述由电缆引起的信号延迟时差，步骤(2. 2):主机激活读写器，读写器通过天线切换单元和定位天线发送信号，顺序唤醒所述待定位的射频标签，步骤(2. 3):主机向所述天线切换控制单元发出定位天线切换控制信号，选定某定位天线，所述天线切换控制单元在每次定位天线切换完成后向所述主机发出应答信号，步骤(2. 4):主机向所述读写器发出定位控制信号，所述读写器据此通过所述天线切换控制单元选中的定位天线发送定位信号，所述读写器同时向主机中的时间测量模块发送时间间隔测量启动信号，步骤(2. 5):所述标签的射频芯片通过所述射频天线接收到定位信号后即刻产生接收触发信号，经过固定延时后通过所述射频天线向所述读写器发送返回信号，步骤(2. 6):所述读写器通过选定的定位天线接收到来自射频标签发出的返回信号后，立即向所述主机中的时间间隔测量模块发送停止测量信号，步骤(2. 7):读写器对收到的所述射频标签发出的返回信号进行解码，如果返回信号正确，则该次测量的时差数据有效，存储后返回步骤(2. 3)，选择下一个定位天线，在完成设定次数测量后执行步骤(2. 8)，如果返回信号不正确，则该次测量的数据无效，直接返回步骤(2. 3),选择下一个定位天线，步骤(2. 8):主机按以下步骤确定被定位的一个射频标签的位置步骤(2. 8. I):从测量得到的所述读写器发出定位信号到读写器接收到来自本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于时间差测量的天线切换式射频定位方法，其特征在于，依次含有以下步骤，步骤（1）：构建一个基于时间差测量的天线切换式射频定位系统：定位方包括：一个含有设定个数定位天线的天线组、一个天线切换控制单元、读写器和主机，其中多个定位天线，分散排布在空间中，所述定位天线的数量和排布方式必须保证在测量范围内无论射频标签在什么位置均同时能被至少四个天线的场区所覆盖，天线切换控制单元，每次切换接入一个所述定位天线，读写器由基频模块、射频模块和功率放大模块依次串接而成，所述功率放大模块输出的射频信号通过所述天线切换控制单元后由一个被选通的所述定位天线发出，主机，设有天线切换控制信号输出端，与所述天线切换控制单元的天线控制信号输入端相连，还设有与读写器通信的接口，包括读写器控制信号的输出端和读写器启动、终止时间间隔测量的信号输入端，在所述主机内预先设有：以所述读写器为原点的、全部的经过所述主机排序的各个所述定位天线的坐标信息，以及预先测出并存储的因所述读写器与所述各定位天线的连接电缆长度不同而引起的时差，还预置有：时间间隔测量模块，以测量从所述读写器发出的定位信号到接收来自射频标签的返回信号的时间间隔，被定位方，是空间中各个经主机排序的射频标签中被唤醒的一个，各所述射频标签均由射频天线和标签芯片依次连接而成，所述标签芯片在接收到读写器信号后能即刻产生接收触发信号，经过固定延迟后发送应答信号给读写器，该固定延迟时间经预先设置用以保证大于标签反应时间和解码时间，不影响正常通信过程；步骤（2）：所述基于时间差测量的天线切换式射频定位系统依次按以下步骤对所述射频标签进行无线定位：步骤（2.1）：主机录入所述定位天线分布的坐标信息和所述由电缆引起的信号延迟时差，步骤（2.2）：主机激活读写器，读写器通过天线切换单元和定位天线发送信号，顺序唤醒所述待定位的射频标签，步骤（2.3）：主机向所述天线切换控制单元发出定位天线切换控制信号，选定某定位天线，所述天线切换控制单元在每次定位天线切换完成后向所述主机发出应答信号，步骤（2.4）：主机向所述读写器发出定位控制信号，所述读写器据此通过所述天线切换控制单元选中的定位天线发送定位信号，所述读写器同时向主机中的时间测量模块发送时 间间隔测量启动信号，步骤（2.5）：所述标签的射频芯片通过所述射频天线接收到定位信号后即刻产生接收触发信号，经过固定延时后通过所述射频天线向所述读写器发送返回信号，步骤（2.6）：所述读写器通过选定的定位天线接收到来自射频标签发出的返回信号后，立即向所述主机中的时间间隔测量模块发送停止测量信号，步骤（2.7）：读写器对收到的所述射频标签发出的返回信号进行解码，如果返回信号正确，则该次测量的时差数据有效，存储后返回步骤（2.3），选择下一个定位天线，在完成设定次数测量后执行步骤（2.8），如果返回信号不正确，则该次测量的数据无效，直接返回步骤（2.3），选择下一个定位天线，步骤（2.8）：主机按以下步骤确定被定位的一个射频标签的位置：步骤（2.8.1）：从测量得到的所述读写器发出定位信号到读写器接收到来自所述射频标签的返回信号的时间间隔中减去预先测得的连接电缆引起的所述延迟时间，选择不同天线时计算得到的上述结果分别为t1、t2、t3、t4…tn，其中n为场区能够覆盖所述标签位置的定位天线的数量，n≥4，其两两比较后相减的差值即为选定不同定位天线时电磁波在空间中传播的时间差Δt1、Δt2、Δt3、Δt4…Δtn？1，按下式计算被选定的射频标签到达先后选通的两个不同定位天线的距离差Δdx，其中ca为电磁波在空气中的传播速度，x∈(1,2,…n？1),步骤（2.8.2）：将每一组经上述步骤计算得到的距离差对应写为一个到两个天线的距离差为定值的双曲面方程，设总数为n的天线组中的天线坐标位置分别为（x1,y1,z1）、（x2,y2,z2）、…（xn,yn,zn），则得到如下旋转双叶双曲面方程组：|(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2-(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2|=Δd1|(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2-(x-x3)2+(y-y3)2+(z-z3)2|=Δd2...|(x-xn-1)2+(y-yn-1)2+(z-zn-1)2-(x-xn)2+(y-yn)2+(z-zn)2|=Δdn-1其中Δdx为标签6到这坐标是（xn？1,yn？1,zn？1）和（xn,yn,zn）的天线的距离差，坐标（x,y,z）为标签6在空间中的待定坐标，求解上述双曲面方程的近似交界点，即得到标 签6的精确位置。FDA00002212730800021.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张春，彭琪，李佐昭，王志华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。