專(zhuān)利名稱(chēng)：一種精確實(shí)用的射頻定位新技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有源電子標(biāo)簽的節(jié)電技術(shù)，和移動(dòng)目標(biāo)的精確射頻定位技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的有源電子標(biāo)簽節(jié)電技術(shù)，主要有睡眠喚醒技術(shù)，和定時(shí)發(fā)射信號(hào)以減小電子標(biāo)簽工作占空比的方法?，F(xiàn)有的睡眠喚醒技術(shù)，一般采用的是低頻喚醒，高頻通信的方法，這種方法的喚醒距離非常有限， 一般只有幾米，因而，只適用于通信范圍比較小的場(chǎng)合。另一種就是采用定時(shí)發(fā)射信號(hào)的方式，例如對(duì)動(dòng)物搜尋定位，但要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離搜尋，就要求動(dòng)物所攜帶的電子標(biāo)簽的發(fā)射功率要大，功率大，功耗就大，電池壽命就短。為了降低電池的耗電，往往只好采用加長(zhǎng)休眠周期，以降低工作占空比的方式，這樣做的結(jié)果，必然要影響到搜尋的速度，以及雙向通信的建立。 現(xiàn)有的射頻定位技術(shù)，除了最常見(jiàn)的GPS衛(wèi)星定位外，還有雷達(dá)定位，無(wú)線測(cè)向定位，信號(hào)強(qiáng)度RSSI定位，T0A(射頻信號(hào)傳輸時(shí)間)以及TDAO(射頻信號(hào)傳輸時(shí)間差)等定位方法。 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，首先需要一個(gè)GPS衛(wèi)星接收終端，以接收來(lái)自多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)，在計(jì)算出位置的經(jīng)度，緯度等數(shù)據(jù)后，再利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，將這些數(shù)據(jù)信息，傳給定位管理中心，并利用電子地圖來(lái)顯示其具體位置。顯然，GPS接收終端和移動(dòng)通信終端不僅成本高，體積大，而且非常耗電，它不適用于一般低成本要求的應(yīng)用。另外，對(duì)于建筑物密集的城市區(qū)域，建筑物內(nèi)和礦山井下等場(chǎng)合的定位，它則無(wú)能為力。 雷達(dá)搜尋定位系統(tǒng)，就是使用雷達(dá)在不同方向上向外發(fā)射信號(hào)，再通過(guò)對(duì)被搜尋目標(biāo)反回信號(hào)的分析，來(lái)確定被搜尋目標(biāo)的位置。這種做法的典型例子，就是利用軍事雷達(dá)來(lái)搜尋敵方的飛機(jī)。這種方法由于設(shè)備昂貴，體積龐大，顯然也不適用于一般定位應(yīng)用。
現(xiàn)有對(duì)海上陸上遇難遇險(xiǎn)人員的定位搜救，除了大型失事船只和十分重要的海難目標(biāo)有條件使用雷達(dá)外，對(duì)于沒(méi)有裝備GPS定位系統(tǒng)和海事衛(wèi)星通信設(shè)備，或失去通信聯(lián)絡(luò)的一般小型船只和落水遇難，或陸地上野外遇險(xiǎn)的人員，往往只能由搜救船只和飛機(jī)，采用人眼觀察搜尋的辦法，這顯然十分困難且效果非常有限，特別是在能見(jiàn)度很低的霧天和晚上。 無(wú)線測(cè)向定位系統(tǒng)，首先需要在被搜尋的對(duì)象身上，安裝一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)線信號(hào)發(fā)生裝置，間歇性的向外發(fā)射信號(hào)，搜尋人員需要利用定向天線和監(jiān)聽(tīng)設(shè)備來(lái)確定信號(hào)源的大致方向，并根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱，來(lái)判斷被搜尋目標(biāo)的大概位置。這種方法雖然簡(jiǎn)單，但準(zhǔn)確性差。 由于技術(shù)的進(jìn)步，當(dāng)今許多單芯片制成的微功率收發(fā)機(jī)，都具有信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)功能，因而，利用接收到的信號(hào)強(qiáng)度大小(RSSI)，來(lái)判別移動(dòng)目標(biāo)位置，也成為一種定位的方法。這種方法雖然非常簡(jiǎn)單，也不需要增加格外的硬件，但由于RSSI信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)定誤差極大，影響因素也很多，因而準(zhǔn)確性也非常差，特別是小范圍近距離定位更是如此。
利用測(cè)量射頻信號(hào)從搜尋目標(biāo)，到監(jiān)聽(tīng)接收機(jī)傳輸時(shí)間(T0A)來(lái)定位的方法，由于對(duì)信號(hào)源和信號(hào)接收機(jī)兩者時(shí)間的同步要求很高，因而也不實(shí)用；利用測(cè)量?jī)煞N不同信號(hào)(例如射頻信號(hào)和超聲波信號(hào))，從信號(hào)源到信號(hào)接收機(jī)傳輸時(shí)間差(TD0A)來(lái)定位的方法，由于需要使用兩種不同的信號(hào)，也就需要使用兩種發(fā)射和接收不同信號(hào)的設(shè)備，例如超聲波發(fā)生和接收設(shè)備，這就加大了成本，同時(shí)，這種定位方法的準(zhǔn)確性與時(shí)間差測(cè)量的精度直接相關(guān)，這就增加了它的使用難度，這也就妨礙它的應(yīng)用。 盡管如何實(shí)現(xiàn)煤礦井下安全生產(chǎn)，并在事故發(fā)生后盡快搶救遇難礦工，已成為我國(guó)煤礦井下安全生產(chǎn)的頭等大事，但我國(guó)安監(jiān)局對(duì)煤礦井下作業(yè)人員的管理規(guī)定，也只能要求做到對(duì)井下作業(yè)人員的區(qū)域定位，而非準(zhǔn)確定位。這樣，當(dāng)事故發(fā)生后進(jìn)行具體搜救時(shí)，由于無(wú)法較為準(zhǔn)確地確定被搜救人員的位置，也就加大了施救工作的難度。因而，井下被困人員的準(zhǔn)確定位，也就成了相關(guān)部門(mén)亟待解決的一個(gè)課題。眾所周知，在汶川地震中為搜救被困人員和一架失事飛機(jī)，全黨和全國(guó)人民付出了怎樣的努力和代價(jià)！這件事也從另一個(gè)方面，清楚地反映了目前遠(yuǎn)距離搜救技術(shù)的現(xiàn)狀。 總之，現(xiàn)有一般定位技術(shù)，普遍存在實(shí)用性和定位精度的問(wèn)題， 一種精度較高，簡(jiǎn)單有效的定位技術(shù)，以及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的遠(yuǎn)距離搜救方法，已成為當(dāng)前社會(huì)和市場(chǎng)的急迫需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是針對(duì)現(xiàn)有一般海難搜救，礦井施救，以及其他移
動(dòng)目標(biāo)定位方法的缺陷，利用在給定的電子標(biāo)簽和電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器之間，存在的信號(hào)發(fā)射
功率和對(duì)應(yīng)的信號(hào)接收誤碼率，與兩者之間距離的關(guān)系，為各種應(yīng)用需要提供了一種新的，
簡(jiǎn)單有效，準(zhǔn)確度較高的射頻定位技術(shù)方案。從而為各種搜救工作，以及其它許多需要對(duì)移
動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位的應(yīng)用場(chǎng)合，提供了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的手段。 基本技術(shù)方案 利用電子標(biāo)簽以不同的發(fā)射功率，連續(xù)向某個(gè)具有已知固定位置的讀寫(xiě)器，發(fā)送
一定數(shù)量的多個(gè)信號(hào)包，通過(guò)讀寫(xiě)器接收信號(hào)包時(shí)的丟包率，來(lái)計(jì)算對(duì)應(yīng)電子標(biāo)簽不同發(fā)
射功率的誤碼率，再利用給定的電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器，預(yù)先在需要定位的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)際測(cè)
量，或采用其它簡(jiǎn)化方式，建立的電子標(biāo)簽的不同發(fā)射功率和對(duì)應(yīng)的誤碼率，與電子標(biāo)簽和
與讀寫(xiě)器之間距離的關(guān)系，來(lái)確定電子標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽在
一維和多維空間中的定位。 組成結(jié)構(gòu)及各部分功能 本發(fā)明技術(shù)方案包括有源電子標(biāo)簽(也可是一般無(wú)線收發(fā)機(jī)，以后統(tǒng)稱(chēng)為電子標(biāo)簽)，讀寫(xiě)器和計(jì)算機(jī)幾個(gè)基本部分組成，如果需要考慮環(huán)境噪聲變化給測(cè)試結(jié)果帶來(lái)的影響，則還可包括一個(gè)參照信號(hào)源(參見(jiàn)圖1)。在有些具體應(yīng)用中，例如遠(yuǎn)距離目標(biāo)搜尋，為了節(jié)電和提高電子標(biāo)簽的反應(yīng)速度的目的，還需要配備一個(gè)調(diào)整電子標(biāo)簽工作狀態(tài)的呼叫機(jī)。 電子標(biāo)簽一般(但不限于)由一個(gè)微功率單芯片收發(fā)機(jī)，和一個(gè)單片機(jī)制成(單芯片收發(fā)機(jī)和單片機(jī)也可集成為一個(gè)芯片)，它的發(fā)射功率可以通過(guò)軟件或其它方式來(lái)進(jìn)行調(diào)整，它一般由電池供電，并由需要定位的移動(dòng)目標(biāo)攜帶，它的位置未知。為了省電的目的，電子標(biāo)簽在進(jìn)入工作狀態(tài)后，可采用周期性睡眠，蘇醒后工作一瞬間的工作方式，電子標(biāo)簽在這蘇醒后的一瞬間，可以采用先監(jiān)聽(tīng)后發(fā)射(參見(jiàn)圖2和圖3)，或先發(fā)射后監(jiān)聽(tīng)等工作方式(參見(jiàn)圖4)，來(lái)與讀寫(xiě)器建立通信聯(lián)系。對(duì)于那些不需要考慮節(jié)電的電子標(biāo)簽，其工作方式則要靈活得多。電子標(biāo)簽可根據(jù)讀寫(xiě)器或呼叫機(jī)的指令，在需要定位時(shí)，使用不同的發(fā)射功率，向讀寫(xiě)器連續(xù)發(fā)射多組定位信號(hào)包。由于在大多數(shù)實(shí)際定位應(yīng)用中，都需要電子標(biāo)簽具有體積小，成本低，電池壽命長(zhǎng)等基本特征，因而，本發(fā)明主要圍繞電子標(biāo)簽，采用周期性節(jié)電工作方式來(lái)進(jìn)行討論。 讀寫(xiě)器是一個(gè)與計(jì)算機(jī)連接的，可與電子標(biāo)簽，以及參照信號(hào)源進(jìn)行通信的無(wú)線
信號(hào)收發(fā)機(jī)，它具有相對(duì)固定的已知位置，一般由外部電源供電。必要時(shí)，它還應(yīng)具有RSSI
指示的功能。讀寫(xiě)器主要通過(guò)接收電子標(biāo)簽包括參照信號(hào)源，以不同的功率發(fā)射給定數(shù)量
的定位信號(hào)包時(shí)的"丟包率"，來(lái)向計(jì)算機(jī)提供定位所需的誤碼率信息資料。 計(jì)算機(jī)就是一般意義上的計(jì)算機(jī)，它與讀寫(xiě)器相連，它可以?xún)?chǔ)存，處理本定位技術(shù)
方案實(shí)施所需的各種數(shù)據(jù)信息。 參照信號(hào)源就是一個(gè)電子標(biāo)簽，或另外一個(gè)讀寫(xiě)器，只不過(guò)它到給定讀寫(xiě)器的距離為已知而已(參見(jiàn)圖1和圖5)。這里需要注意的是，作為參照信號(hào)源發(fā)射機(jī)，無(wú)論是電子標(biāo)簽還是讀寫(xiě)器，應(yīng)該盡可能與定位測(cè)試時(shí)所使用的電子標(biāo)簽，具有相同的信號(hào)發(fā)射工作特征。參照信號(hào)源主要用于修正實(shí)際定位測(cè)試時(shí)，環(huán)境噪聲的變化給測(cè)試結(jié)果帶來(lái)的影響。當(dāng)然，我們也可采用其它能夠反映環(huán)境噪聲變化的參數(shù)，例如讀寫(xiě)器檢測(cè)到的RSSI值，來(lái)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正。 呼叫機(jī)就是一個(gè)一般的信號(hào)發(fā)射機(jī)，一般需要外部電源供電，它主要配合讀寫(xiě)器進(jìn)行工作。它通過(guò)向電子標(biāo)簽連續(xù)發(fā)射呼叫信號(hào)的方式，抓住電子標(biāo)簽周期性睡眠蘇醒后監(jiān)聽(tīng)的瞬間，向電子標(biāo)簽發(fā)出指令信號(hào)，以調(diào)整電子標(biāo)簽的工作狀態(tài)，使電子標(biāo)簽既能省電，又能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，完成定位所需的與讀寫(xiě)器之間的信息交流。為此，呼叫機(jī)往往與讀寫(xiě)器工作在不同的頻道上。呼叫機(jī)既可以與讀寫(xiě)器安裝在同一個(gè)位置，也可以與讀寫(xiě)器安裝在不同的位置(參見(jiàn)圖2，圖6)。
系統(tǒng)工作原理 我們知道，在一般開(kāi)闊空間，對(duì)于任何一個(gè)給定的信號(hào)源，射頻信號(hào)的強(qiáng)度，可用一個(gè)簡(jiǎn)單的指數(shù)公式 p = Aqx—n近似地來(lái)表示，其中p為離開(kāi)信號(hào)源距離為x處的信號(hào)強(qiáng)度，q為信號(hào)源發(fā)射功率，A是一個(gè)常數(shù)，n為環(huán)境衰減指數(shù)。在理想環(huán)境下，n二2。在實(shí)際情況下，n值一般在2到4之間，它是描述傳輸環(huán)境對(duì)信號(hào)衰減影響大小的一個(gè)參數(shù)。顯然，這是一個(gè)單調(diào)函數(shù)(參見(jiàn)圖7)。理論上，當(dāng)接收機(jī)所在位置的信號(hào)強(qiáng)度，大于信號(hào)接收機(jī)的接收靈敏度Ps時(shí)，接收機(jī)就能夠接收到這個(gè)信號(hào)，此時(shí)，接收機(jī)與信號(hào)源的距離，就是兩者的通信距離。實(shí)際上，由于來(lái)自接收機(jī)內(nèi)部和外部噪聲干擾等多種因素的影響，接收機(jī)在接收信號(hào)時(shí)，將產(chǎn)生"誤碼"。在其他條件給定的情況下，接收機(jī)處的信噪比p/N二 SNR(這里p是接收機(jī)處的信號(hào)強(qiáng)度，N是噪聲強(qiáng)度)無(wú)疑將決定通信誤碼率的高低，這個(gè)比值越大，誤碼率就越低，這是一個(gè)單調(diào)函數(shù)，我們用Er = f (SNR)，或SNR = g(Er)來(lái)表示。f (SNR)與g(Er)兩者互為反函數(shù)，它們不隨傳輸環(huán)境的變化而變化，而與接收機(jī)本身特性有關(guān)。SNR與Er —一對(duì)應(yīng)。在給定噪聲強(qiáng)度N下，SNR與信號(hào)強(qiáng)度p —一對(duì)應(yīng)，因而，Er與信號(hào)強(qiáng)度p —一對(duì)應(yīng)。
6
為了實(shí)際應(yīng)用的簡(jiǎn)單方便，我們不妨將這里所說(shuō)的誤碼率Er，定義為接收機(jī)接收到的信號(hào)包數(shù)量，與信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)包總數(shù)之差(丟包數(shù))與信號(hào)源發(fā)包總數(shù)的比。
對(duì)于給定的傳輸環(huán)境環(huán)境衰減指數(shù)n =常數(shù) 對(duì)于給定的信號(hào)發(fā)射機(jī)(電子標(biāo)簽)，和信號(hào)接收機(jī)(讀寫(xiě)器)，以及給定的信號(hào)傳輸特征而言 p/N = Aqx—7N = SNR = g (Er)
In q = n*ln x+ln(p/N)+ln(N/A)
In q = n*ln x+ln g (Er)+ln (N/A) In q = n*ln x+G(Er)+b(N) ， G(Er) = In g(Er) ， b (N) = In (N/A)
In x = {In q-G(Er)-b(N)}/n 以上公式就變成信號(hào)源的發(fā)射功率q，傳輸環(huán)境衰減指數(shù)n，噪聲強(qiáng)度N，誤碼率Er與通信距離之間的關(guān)系(參見(jiàn)圖8)。圖中，當(dāng)傳輸環(huán)境給定時(shí)，n值也就固定了，此時(shí)，不同的誤碼率對(duì)應(yīng)了不同直線，它們相互平行，形成了一個(gè)斜率為n的帶狀區(qū)域。環(huán)境衰減指數(shù)n，只決定直線在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上的斜率，而誤碼率和平均噪聲強(qiáng)度的變化，只相當(dāng)于原有的直線在鉛直方向(q方向)，或水平方向(x方向)，平移了一個(gè)位置。 對(duì)于給定的電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器而言，通過(guò)在需要定位的現(xiàn)場(chǎng)中的實(shí)際測(cè)量，或利用經(jīng)驗(yàn)公式，或經(jīng)驗(yàn)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)合，我們可以求得n， G(Er)和b (N)。這里需要說(shuō)明的是，n只與傳輸環(huán)境條件有關(guān)，而與環(huán)境噪聲變化無(wú)關(guān)；G(Er)只與接收機(jī)本身的工作特性有關(guān)，而與其他因素?zé)o關(guān)，b(N)只與環(huán)境噪聲和發(fā)射機(jī)發(fā)射工作特征有關(guān)。
有了實(shí)際測(cè)試環(huán)境下的n， b(N)和G(Er)，再利用實(shí)際測(cè)得的q， Er，我們就可以通
過(guò)計(jì)算，得到電子標(biāo)簽離開(kāi)讀寫(xiě)器的距離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽的定位了。 對(duì)于以上射頻信號(hào)傳輸規(guī)律，在實(shí)際傳輸環(huán)境中，個(gè)別孤立的測(cè)試往往可能產(chǎn)生
較大的偏差，但多次重復(fù)測(cè)試的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，將能很好地反應(yīng)出以上規(guī)律，這也正是本發(fā)明技
術(shù)方案的理論基礎(chǔ)。 基本應(yīng)用 對(duì)于煤礦井下作業(yè)人員的的搜救定位，實(shí)際上一種一維定位，我們只需要測(cè)出礦工所攜帶的電子標(biāo)簽，離開(kāi)安裝在井下坑道中固定位置的某一個(gè)，或兩個(gè)讀寫(xiě)器的距離就行了。 對(duì)于一般平面或空間中的目標(biāo)定位，我們只需要測(cè)出移動(dòng)電子標(biāo)簽，分別到2-3個(gè)具有已知固定位置的讀寫(xiě)器的距離來(lái)就行了 (參見(jiàn)圖5)。對(duì)于海上和陸地上人員的遠(yuǎn)距離搜救，要設(shè)置幾個(gè)這樣的讀寫(xiě)器往往非常困難，因而，使用多個(gè)讀寫(xiě)器來(lái)定位的方法往往行不通。此時(shí)，我們需要采用極坐標(biāo)定位的方法，即使用一個(gè)單一的讀寫(xiě)器，再加上一個(gè)方向角度較小的高增益定向天線來(lái)工作。定向天線主要用于在不同方向上對(duì)目標(biāo)進(jìn)行搜索，以確定目標(biāo)所在的方向。為了提高搜尋效率和搜尋速度，并盡可能減少電子標(biāo)簽的耗電，還需要使用一個(gè)呼叫機(jī)配合讀寫(xiě)器工作。由于電子標(biāo)簽監(jiān)聽(tīng)信號(hào)時(shí)的功耗較小，工作占空比也非常小，因而，即使在監(jiān)聽(tīng)到信號(hào)后發(fā)射的瞬間功耗較大，但發(fā)射瞬間的工作時(shí)間非常短，因而電子標(biāo)簽電池的總體功耗非常低。為此，電子標(biāo)簽將采用先監(jiān)聽(tīng)后發(fā)射的工作方式。呼叫機(jī)專(zhuān)門(mén)用于在各個(gè)搜尋方向上，向被搜尋目標(biāo)所攜帶的電子標(biāo)簽，使用頻道1連續(xù)發(fā)射呼叫信號(hào)；而讀寫(xiě)器則專(zhuān)門(mén)用于在相同方向上，使用頻道2監(jiān)聽(tīng)電子標(biāo)簽的回應(yīng)信號(hào)；電子標(biāo)簽在頻道1 一監(jiān)聽(tīng)到呼叫信號(hào)后，將立即使用頻道2返還多個(gè)定位信號(hào)包(參見(jiàn)圖6)。通過(guò)讀寫(xiě)器測(cè)量電子標(biāo)簽使用不同發(fā)射功率時(shí)，所對(duì)應(yīng)的誤碼率，我們就可以確定被搜救對(duì)象離開(kāi)搜救者的距離位置了 。
本發(fā)明的有益效果 本發(fā)明僅僅利用一般低成本的有源電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器，在不增加其它任何設(shè)備的情況下，就可以簡(jiǎn)單方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)較高精度的定位，(我們?cè)谑覂?nèi)和室外實(shí)際測(cè)試的最大定位誤差，均只有定位范圍的百分之幾)。它不僅有效地解決了包括海上，陸地以及井下等各種搜救工作中急待解決的，如何準(zhǔn)確確定被搜救人員位置的問(wèn)題，還解決了現(xiàn)有高速公路多路不停車(chē)收費(fèi)通道，或其它不停車(chē)門(mén)禁管理中，所面臨的如何排除來(lái)自相鄰車(chē)道，或遠(yuǎn)離門(mén)禁道閘的其他尾隨車(chē)輛，所發(fā)來(lái)的干擾信號(hào)的問(wèn)題。同時(shí)也為其它各種定位應(yīng)用需要，提供了一種全新的，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，簡(jiǎn)單有效的定位方法。它的實(shí)施推廣，必將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。


圖1本發(fā)明基本技術(shù)方案結(jié)構(gòu)示意圖 圖2電子標(biāo)簽在頻道1收到呼叫信號(hào)后，立即轉(zhuǎn)到頻道2以不同功率返還多組定位信號(hào) 圖3電子標(biāo)簽采用先監(jiān)聽(tīng)的工作方式，但在收到呼叫信號(hào)后，僅只改變工作方式，但仍使用相同頻道工作 圖4電子標(biāo)簽采用先發(fā)射后監(jiān)聽(tīng)的工作方式示意圖 圖5利用多個(gè)讀寫(xiě)器實(shí)現(xiàn)多維空間定位 圖6簡(jiǎn)易海上和陸地搜救系統(tǒng)(極坐標(biāo)方式) 圖7給定發(fā)射功率時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度，傳輸環(huán)境與距離的近似關(guān)系 圖8誤碼率，發(fā)射功率，通信距離，環(huán)境衰減指數(shù)與環(huán)境噪聲的近似關(guān)系 圖9不同發(fā)射功率所對(duì)應(yīng)的臨界過(guò)渡區(qū)域的位置不同 圖10對(duì)應(yīng)于每一個(gè)給定的信號(hào)發(fā)射功率，和給定的接收機(jī)靈敏度，存在一個(gè)臨界過(guò)渡區(qū)
具體實(shí)施例方式
定位用電子標(biāo)簽的選用建議選擇可以通過(guò)軟件來(lái)對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行設(shè)置的，單芯片無(wú)線收發(fā)機(jī)制成的有源電子標(biāo)簽，作為定位用的電子標(biāo)簽，它的可調(diào)發(fā)射功率的檔次越多越好。 誤碼率計(jì)算可以是由讀寫(xiě)器向電子標(biāo)簽以不同的功率發(fā)送多組信號(hào)包，也可以是由電子標(biāo)簽向讀寫(xiě)器發(fā)送多組不同功率的信號(hào)包，具體工作方式主要取決于應(yīng)用環(huán)境，我們這里討論的，主要是后一種工作方式。在實(shí)際用用中，一般通過(guò)讀寫(xiě)器或呼叫機(jī)，向電子標(biāo)簽發(fā)出定位指令，電子標(biāo)簽在接收到定位指令后，將分別使用不同的發(fā)射功率，連續(xù)向外發(fā)送固定數(shù)目的定位信號(hào)包，例如每種功率發(fā)射10-50個(gè)包。每個(gè)信號(hào)包發(fā)射的時(shí)間間隔，不同功率信號(hào)包發(fā)射的先后次序，視具體應(yīng)用環(huán)境而定，以能更準(zhǔn)確地定位為原則。建議大小不同功率的信號(hào)包能盡可能安排在同一時(shí)間，分多組連續(xù)發(fā)送(參見(jiàn)圖2和圖4)。讀寫(xiě)器在接收電子標(biāo)簽使用不同發(fā)射功率發(fā)射的信號(hào)時(shí)，對(duì)應(yīng)于每一種發(fā)射功率的"丟包 數(shù)"與發(fā)包數(shù)的比值，就是對(duì)應(yīng)發(fā)射功率的誤碼率。
測(cè)試環(huán)境中的n， G (Er)和b (N)值的計(jì)算
n值的計(jì)算 利用前面的公式g(Er) = Aqx—7N， 分別在Xl和x2兩個(gè)點(diǎn)處，使用不同的發(fā)射功率進(jìn)行測(cè)試，
當(dāng)E巧=Er2時(shí)有AqlXl—n/N = Aq2x2—n/N 我們就可得到:n = (In q2_ln q》/(ln x2_ln x》=In (q2/qi)/In (x2/Xl)
b(N)值的確定 從圖8中可以看到，對(duì)于信號(hào)源的任一個(gè)給定發(fā)射功率，通過(guò)改變信號(hào)源位置x進(jìn)
行實(shí)測(cè)，我們總可以找到一個(gè)位置x = x。，此時(shí)Er趨近100%，G(Er) 0 或?qū)τ谌我庖粋€(gè)給定位置，例如參照信號(hào)源的位置x = Xc，通過(guò)變更信號(hào)源發(fā)射
功率q的測(cè)試，我們總可以找到一個(gè)發(fā)射功率q = q。，此時(shí)Er趨近100%， G(Er) 0 這樣我們有:b(N) = In q_n*ln x?；騜 (N) = lnq。_n*ln Xc我們只需通過(guò)對(duì)參照
信號(hào)源的測(cè)試找出q。，或x。的值，我們就可以求得b (N) 了 。 利用公式b (N) = lnq。-n*ln Xc求出新的q。并計(jì)算出新的b (Nnew)來(lái) 確定G(Er)函數(shù) 利用公式:G(Er) = In q_n*ln x_b (N) 對(duì)于任何一個(gè)給定的發(fā)射功率q，通過(guò)在不同的位置x進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，我們可以得 到對(duì)應(yīng)不同Er時(shí)的G(Er)的值。(Er的取值范圍可以限制在1%到95%之間)。我們可以 看到，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，G(Er)函數(shù)并不隨發(fā)射功率q或位置坐標(biāo)x，以及環(huán)境噪聲的變化而變 化。 然而，我們知道，b (N)值實(shí)際代表了測(cè)試環(huán)境噪聲的變化對(duì)定位距離的影響，它與 n和G(Er)不同，外界噪聲可能隨時(shí)間而變化，因而，必須利用參照信號(hào)源，來(lái)盡可能消除這 種影響。因而，在定位測(cè)試時(shí)，需要同時(shí)對(duì)參照信號(hào)源進(jìn)行測(cè)試求得n，G(Er)和b (NMW)后，
我們就可以利用公式In x = {In q-G (Er) _b (Nnew)} /n 并據(jù)實(shí)際定位測(cè)試時(shí)電子標(biāo)簽的發(fā)射功率q，和讀寫(xiě)器接收信號(hào)的誤碼率Er，我 們就可以計(jì)算得到電子標(biāo)簽離開(kāi)讀寫(xiě)器的距離了。 這里需要注意的是，如前所述公式lm x= {In q_G (Er) _b (N)}/n中，同一個(gè)位置x 可能對(duì)應(yīng)幾組q和Er的值，(參見(jiàn)圖9)。為了減小誤差，我們這里建議采用誤碼率最靠近 1 %和95%的中間值那一組，或者說(shuō)對(duì)應(yīng)于臨界發(fā)射功率的那一組，下面是對(duì)臨界發(fā)射功率 的解釋 對(duì)應(yīng)于每一個(gè)電子標(biāo)簽的發(fā)射功率，在信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)讀寫(xiě)器接收靈敏度的某個(gè)位 置附近，都會(huì)形成一個(gè)信號(hào)接收的過(guò)渡區(qū)或不穩(wěn)定區(qū)，在這個(gè)區(qū)域中，讀寫(xiě)器接收信號(hào)的誤 碼率，將隨距離的增加發(fā)生較大的變化，從誤碼率接近100%到迅速接近零(參見(jiàn)圖9，圖 10)。我們將這個(gè)區(qū)域，稱(chēng)之為對(duì)應(yīng)于電子標(biāo)簽這個(gè)發(fā)射功率，和該讀寫(xiě)器的臨界過(guò)渡區(qū)，這 個(gè)發(fā)射功率，就稱(chēng)之為對(duì)應(yīng)的臨界發(fā)射功率。 在進(jìn)行具體定位測(cè)試時(shí)，電子標(biāo)簽將使用不同功率來(lái)發(fā)射回應(yīng)信號(hào)的目的，首先 就是要尋找到與電子標(biāo)簽所在位置對(duì)應(yīng)的臨界發(fā)射功率，電子標(biāo)簽在使用這個(gè)功率發(fā)射信號(hào)時(shí)，讀寫(xiě)器接收信號(hào)的誤碼率變化最快，也就是說(shuō)，當(dāng)電子標(biāo)簽使用更大的發(fā)射功率發(fā)射
信號(hào)時(shí)，誤碼率將迅速趨近于零，當(dāng)使用更小的發(fā)射功率發(fā)射信號(hào)時(shí)，誤碼率將迅速趨近于 無(wú)窮大，即幾乎收不到信號(hào)。電子標(biāo)簽在使用這個(gè)臨界發(fā)射功率發(fā)射信號(hào)時(shí)，讀寫(xiě)器剛好位 于它的臨界信號(hào)接收區(qū)域范圍內(nèi)。在這個(gè)范圍內(nèi)，誤碼率隨接收機(jī)離開(kāi)電子標(biāo)簽的距離變 化最快(參見(jiàn)圖9，圖10)，因而測(cè)試結(jié)果將更加準(zhǔn)確。如果我們將40%的誤碼率值，定義為
臨界信號(hào)接收區(qū)的中心位置，則當(dāng)我們使用不同的發(fā)射功率進(jìn)行發(fā)射，并得到每種發(fā)射功 率的誤碼率后，我們可以將其中誤碼率最接近40%這個(gè)值的發(fā)射功率，當(dāng)作我們需要尋找
的臨界發(fā)射功率，再利用預(yù)先測(cè)得的，發(fā)射功率和對(duì)應(yīng)的誤碼率與距離的關(guān)系，以及在使用
該功率發(fā)射信號(hào)時(shí)測(cè)得的誤碼率，計(jì)算出電子標(biāo)簽離開(kāi)讀寫(xiě)器的距離。 在實(shí)際操作時(shí)，我們可以根據(jù)不同的情況，通過(guò)變更電子標(biāo)簽的信號(hào)發(fā)射方式，來(lái)
減少電子標(biāo)簽總的工作時(shí)間，以降低耗電。例如，當(dāng)電子標(biāo)簽活動(dòng)范圍較大時(shí)，我們可以先
指令電子標(biāo)簽以多個(gè)功率發(fā)射，每個(gè)功率發(fā)射的信號(hào)包數(shù)，不需要很多，例如每組5個(gè)。在
找出臨界發(fā)射功率后，再使用臨界發(fā)射功率，發(fā)送多個(gè)信號(hào)包，以求得更加準(zhǔn)確的誤碼率。
如果我們預(yù)先已經(jīng)知道電子標(biāo)簽離開(kāi)讀寫(xiě)器的大概距離范圍時(shí)，我們只需使用靠近對(duì)應(yīng)的
臨界發(fā)射功率附近2-3個(gè)發(fā)射功率，連續(xù)發(fā)射多個(gè)數(shù)據(jù)包，就可直接得到較為準(zhǔn)確的，對(duì)應(yīng)
于臨界發(fā)射功率的誤碼率值，從而計(jì)算出電子標(biāo)簽到讀寫(xiě)器的距離。另外，為了節(jié)電的目
的，電子標(biāo)簽需要在平常處于一種周期性睡眠，蘇醒后工作一瞬間的工作模式，而在需要對(duì)
電子標(biāo)簽進(jìn)行定位時(shí)，我們還需要通過(guò)讀寫(xiě)器或呼叫機(jī)，利用電子標(biāo)簽睡眠蘇醒后工作的
瞬間，下達(dá)定位信號(hào)指令，使電子標(biāo)簽?zāi)軌蛟谶M(jìn)入與讀寫(xiě)器的通信范圍后，按照實(shí)際需要，
以不同的方式和延續(xù)時(shí)間，來(lái)發(fā)射定位信號(hào)包。 具體應(yīng)用方案 下面我們通過(guò)幾種典型的應(yīng)用方案，對(duì)本發(fā)明加以進(jìn)一步說(shuō)明
1.海上搜救應(yīng)用方案例 我們以海難搜救(極坐標(biāo)定位)的例子，來(lái)對(duì)本發(fā)明方法的具體實(shí)施加以說(shuō)明 (也可適用于陸上搜救) 海難搜救每個(gè)出海的船員，都將隨身攜帶一個(gè)上述的有源電子標(biāo)簽，或安裝在各 種救生設(shè)備中。電子標(biāo)簽平常處于一種低功耗的深度睡眠狀態(tài)，當(dāng)船只遇險(xiǎn)時(shí)，船員將通過(guò) 電子標(biāo)簽上的按鍵開(kāi)關(guān)來(lái)激活電子標(biāo)簽，(我們也可以通過(guò)其他方式(例如加速度傳感器 等將其激活)，使其進(jìn)入一種周期性睡眠，蘇醒后監(jiān)聽(tīng)接收呼叫信號(hào)一瞬間的工作狀態(tài)。與 船載或機(jī)載讀寫(xiě)器配合工作的呼叫機(jī)，在轉(zhuǎn)動(dòng)定向天線方向的同時(shí)，將連續(xù)不斷地向外發(fā) 射呼叫信號(hào)，如果天線的方向正好轉(zhuǎn)到遇難船員所在的方向，并且遇險(xiǎn)人員所攜帶的電子 標(biāo)簽，已經(jīng)位于呼叫機(jī)和讀寫(xiě)器的信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，電子標(biāo)簽在蘇醒的一瞬間將接收到 這個(gè)呼叫信號(hào)，一當(dāng)電子標(biāo)簽接收到呼叫信號(hào)后，將立即跳換到另一個(gè)頻點(diǎn)，使用不同的發(fā) 射功率，連續(xù)發(fā)射若干組回應(yīng)信號(hào)，例如，使用每一種發(fā)射功率，連續(xù)發(fā)射30個(gè)信號(hào)，而等 待監(jiān)聽(tīng)回應(yīng)信號(hào)的讀寫(xiě)器，將接收到它的回應(yīng)信號(hào)，同時(shí)搜救人員也就知道了該被搜救人 員所在的方向。再通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析讀寫(xiě)器所接收到的，電子標(biāo)簽使用不同功率發(fā)射信號(hào)時(shí)對(duì) 應(yīng)的誤碼率，并利用如前所述的已經(jīng)建立起來(lái)的距離與誤碼率之間的關(guān)系，就可以決定被 搜救人員所在的準(zhǔn)確位置了。對(duì)于海上搜救的情況，由于信號(hào)傳輸環(huán)境比較單一，搜救器離 開(kāi)海面的位置可以比較固定，因而，我們只要預(yù)先測(cè)定在不同風(fēng)浪環(huán)境條件下距離與誤碼率之間的關(guān)系，并參照安裝在搜救船之上參照信號(hào)源的測(cè)試結(jié)果，就可以比較容易的確定 被搜救船員的位置了。 為了取得更好的效果，電子標(biāo)簽的天線，在進(jìn)行海難搜救時(shí)，應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離水面和 垂直水面，而在進(jìn)行陸地搜救時(shí)，則應(yīng)遠(yuǎn)離地面和垂直地面，必要時(shí)可采用伸縮拉伸的方 式，以便減小電子標(biāo)簽的體積。它也可以作為一般救生設(shè)備(例如救生衣，救生圈等)的附 件，或能很方便地戴在頭上，或安置在一般船只的桅桿上或高處。或直接安裝在一般手機(jī)或 對(duì)講機(jī)等人們隨身攜帶的物品內(nèi)。
2.煤礦井下人員搜救方案 由于技術(shù)的原因，我國(guó)安監(jiān)局對(duì)煤礦井下作業(yè)人員的管理規(guī)定，也只能要求實(shí)現(xiàn) 井下作業(yè)人員的區(qū)域定位。而當(dāng)事故發(fā)生后進(jìn)行具體搜救時(shí)，由于無(wú)法提供被搜救人員的 準(zhǔn)確位置，無(wú)疑增加了具體實(shí)施搜救時(shí)的困難。假如被困人員位于一段600米長(zhǎng)的坑道內(nèi)， 較為準(zhǔn)確地確定被困人員的具體位置，無(wú)疑大大有助于具體施救方案的確定和實(shí)施。在該 應(yīng)用中，我們的電子標(biāo)簽具有緊急情況下，可與基站讀寫(xiě)器實(shí)現(xiàn)500-1500米遠(yuǎn)距離通信的 功能，平常，它與一般定位電子標(biāo)簽一樣，它僅僅使用低功耗定時(shí)發(fā)射信號(hào)，在緊急情況下， 它將處于周期性蘇醒，蘇醒后瞬間，處于監(jiān)聽(tīng)接收信號(hào)的狀態(tài)，等待來(lái)自基站呼叫機(jī)的呼叫 信號(hào)；一當(dāng)某個(gè)電子標(biāo)簽在蘇醒后的瞬間，接收到呼叫信號(hào)后，電子標(biāo)簽將使用大小不同的 功率，向基站讀寫(xiě)器連續(xù)發(fā)射多個(gè)定位信號(hào)。利用所測(cè)得的接收誤碼率和對(duì)應(yīng)的發(fā)射功率， 以及事故發(fā)生前所測(cè)得的數(shù)據(jù)資料，(如果坑道中設(shè)置有參照信號(hào)源，還可利用參照信號(hào)源 的資料)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被困人員的準(zhǔn)確定位。 3.不停車(chē)收費(fèi)站車(chē)輛與車(chē)道的匹配識(shí)別現(xiàn)有用于車(chē)輛管理的射頻識(shí)別技術(shù)，有 包括遠(yuǎn)距離無(wú)源RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)，和有源RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)兩種。對(duì)于現(xiàn)有高速公路 多通道不停車(chē)收費(fèi)，或其它不停車(chē)門(mén)禁管理系統(tǒng)而言，無(wú)論采用無(wú)源RFID或有源RFID的識(shí) 別方式，都存在如何鑒別每一個(gè)讀寫(xiě)器所接收到的車(chē)輛射頻身份號(hào)，是它實(shí)際應(yīng)該處理的 車(chē)輛身份號(hào)，而不是鄰車(chē)道車(chē)輛，或遠(yuǎn)離門(mén)禁控制閘的其他尾隨車(chē)輛發(fā)來(lái)的信號(hào)，從而造成 誤讀的問(wèn)題。為此，車(chē)道讀寫(xiě)器除了使用定向天線來(lái)限制信號(hào)傳輸方向，還需要限制信號(hào) 覆蓋范圍，以防止信號(hào)誤讀。由于讀寫(xiě)器的信號(hào)覆蓋范圍減小了，為了讓讀寫(xiě)器在車(chē)輛經(jīng)過(guò) 時(shí)，有足夠的時(shí)間接收信號(hào)和處理信號(hào)，還必須要降低車(chē)速，以增加車(chē)輛在經(jīng)過(guò)讀寫(xiě)器信號(hào) 覆蓋范圍內(nèi)的時(shí)間。車(chē)速降低的結(jié)果，必然降低公路的使用效率。 利用本發(fā)明技術(shù)方案，就可以輕而易舉地解決這個(gè)問(wèn)題。此時(shí)，我們并不需要知道 電子標(biāo)簽離開(kāi)每一個(gè)讀寫(xiě)器的準(zhǔn)確位置，也不在意環(huán)境干擾給定位精度帶來(lái)的影響，而只 需要排除鄰車(chē)道車(chē)輛，或遠(yuǎn)離門(mén)禁控制閘的其他尾隨車(chē)輛發(fā)來(lái)的干擾信號(hào)就行了。換句話 說(shuō)，只需要判斷電子標(biāo)簽實(shí)際經(jīng)過(guò)的通道讀寫(xiě)器，是所有可能接收到該電子標(biāo)簽信號(hào)的各 個(gè)通道讀寫(xiě)器中，距離最近的一個(gè)就夠了。為此，我們既不需要使用參照信號(hào)源，也不需要 預(yù)先建立發(fā)射功率，誤碼率和距離之間的關(guān)系，我們只需讓電子標(biāo)簽在駛近車(chē)道讀寫(xiě)器時(shí)， 以接近臨界發(fā)射功率的幾個(gè)不同發(fā)射功率，連續(xù)發(fā)射多個(gè)信號(hào)包，然后在所有可能接收到 該電子標(biāo)簽信號(hào)的各個(gè)車(chē)道讀寫(xiě)器中，按照最小發(fā)射功率和最小誤碼率對(duì)應(yīng)最近距離的原 則，就可以排除鄰車(chē)道車(chē)輛，或遠(yuǎn)離門(mén)禁控制閘的其他尾隨車(chē)輛發(fā)來(lái)的干擾信號(hào)了。必要 時(shí)，我們還可使用金屬擋板等物理手段，來(lái)增大各個(gè)車(chē)道讀寫(xiě)器，在接收位于不同車(chē)道的電 子標(biāo)簽，發(fā)射定位信號(hào)時(shí)所對(duì)應(yīng)的誤碼率的差別。
權(quán)利要求
新的精確射頻定位技術(shù)方案涉及如下三個(gè)最基本硬件組成部分電子標(biāo)簽，讀寫(xiě)器和計(jì)算機(jī)；電子標(biāo)簽可以就是一個(gè)一般的有源電子標(biāo)簽，或一個(gè)一般意義上的無(wú)線信號(hào)收發(fā)機(jī)，它由被定位的目標(biāo)攜帶，且位置待確定；讀寫(xiě)器是一個(gè)位置已知的，可與電子標(biāo)簽進(jìn)行無(wú)線通信的無(wú)線信號(hào)收發(fā)機(jī)；計(jì)算機(jī)與讀寫(xiě)器相連，它可以?xún)?chǔ)存，處理本定位技術(shù)方案實(shí)施所需的各種數(shù)據(jù)信息；新的精確射頻定位技術(shù)方案，是對(duì)于給定的讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽，針對(duì)需要定位的環(huán)境，通過(guò)預(yù)先進(jìn)行實(shí)際測(cè)量或其它簡(jiǎn)化方式，建立起電子標(biāo)簽使用不同信號(hào)發(fā)射功率時(shí)，讀寫(xiě)器測(cè)得的相應(yīng)信號(hào)接收誤碼率，與電子標(biāo)簽和與讀寫(xiě)器之間距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量時(shí)，電子標(biāo)簽所使用的發(fā)射功率和讀寫(xiě)器測(cè)得的對(duì)應(yīng)誤碼率，來(lái)確定電子標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽在一維和多維空間中的定位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新的精確射頻定位技術(shù)方案，其特征在于新的射頻定位技術(shù)，還使用了一個(gè)參照信號(hào)源，或一個(gè)能夠很好反映環(huán)境噪聲變化的參數(shù)，例如讀寫(xiě)器測(cè)試到的環(huán)境噪聲RSSI的值，來(lái)消除環(huán)境噪聲等的變化給實(shí)際定位測(cè)試帶來(lái)的偏差；在使用參照信號(hào)源時(shí)，這個(gè)參照信號(hào)源，可以就是一個(gè)到讀寫(xiě)器的距離為已知的電子標(biāo)簽，通過(guò)對(duì)比參照信號(hào)源與讀寫(xiě)器在已知距離位置上，所測(cè)得的發(fā)射功率，信號(hào)接收誤碼率的變化來(lái)確定環(huán)境噪聲的變化，或直接利用讀寫(xiě)器所測(cè)試到的環(huán)境噪聲RSSI值的變化，來(lái)確定環(huán)境噪聲的變化，再根據(jù)這種變化，來(lái)修正通過(guò)預(yù)先實(shí)際測(cè)試或以其它方式建立起來(lái)的，對(duì)應(yīng)的發(fā)射功率，信號(hào)接收誤碼率，與讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽兩者之間距離的關(guān)系，并按修正后的關(guān)系來(lái)計(jì)算電子標(biāo)簽的距離位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新的精確射頻定位技術(shù)方案，其特征在于本發(fā)明所涉及的電子標(biāo)簽是一個(gè)低成本的，可以很方便隨身攜帶的有源電子標(biāo)簽，這個(gè)電子標(biāo)簽具有通過(guò)軟件調(diào)整自身發(fā)射功率的功能；為了省電的目的，這個(gè)電子標(biāo)簽采用周期性睡眠，蘇醒后工作一瞬間的工作方式；電子標(biāo)簽利用醒后瞬間，以不同的工作方式與讀寫(xiě)器建立起通信聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述的新的精確射頻定位技術(shù)方案，其特征在于當(dāng)電子標(biāo)簽在蘇醒后的瞬間采用先監(jiān)聽(tīng)的工作方式時(shí)，為了提高電子標(biāo)簽的反應(yīng)速度，本發(fā)明技術(shù)方案，還使用了一個(gè)與讀寫(xiě)器工作頻道不同的呼叫機(jī)，呼叫機(jī)與電子標(biāo)簽蘇醒后瞬間所使用的監(jiān)聽(tīng)頻道相同，而讀寫(xiě)器的工作頻道則與電子標(biāo)簽發(fā)射回應(yīng)信號(hào)的頻道相同，這樣，當(dāng)電子標(biāo)簽在一監(jiān)聽(tīng)到呼叫信號(hào)后，就可立即更換到新的頻道上發(fā)回返還信號(hào)，與讀寫(xiě)器建立起通信聯(lián)系，而不需要任何等待時(shí)間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1，2，3或4所述的新的精確射頻定位技術(shù)方案，其特征在于本發(fā)明所涉及的不同發(fā)射功率時(shí)的誤碼率測(cè)試，采用的是由電子標(biāo)簽或參照信號(hào)源，連續(xù)在一段時(shí)間內(nèi)，以一個(gè)或多個(gè)不同的功率發(fā)射多個(gè)信號(hào)包，然后利用每種功率發(fā)射多個(gè)信號(hào)包時(shí)，讀寫(xiě)器在接收每一種發(fā)射功率信號(hào)包時(shí)的丟包率，來(lái)計(jì)算對(duì)應(yīng)于每種發(fā)射功率的誤碼率的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1， 2， 3， 4或5所述的新的精確射頻定位技術(shù)方案，其特征在于在使用一個(gè)單一的讀寫(xiě)器在平面或空間中進(jìn)行遠(yuǎn)距離搜救定位時(shí)，該讀寫(xiě)器還需要配備一個(gè)呼叫機(jī)，和指向性高的高增益定向天線，定向天線主要用于在不同方向上對(duì)目標(biāo)進(jìn)行搜索，以確定目標(biāo)的方向；呼叫機(jī)專(zhuān)門(mén)用于在各個(gè)搜尋方向上，向被搜尋目標(biāo)所攜帶的電子標(biāo)簽，連續(xù)發(fā)射呼叫信號(hào)；而讀寫(xiě)器則專(zhuān)門(mén)用于監(jiān)聽(tīng)電子標(biāo)簽的回應(yīng)信號(hào)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1， 2， 3， 4， 5或6所述的新的精確射頻定位技術(shù)方案，其特征在于在利用誤碼率，發(fā)射功率和距離之間的關(guān)系來(lái)確定電子標(biāo)簽的具體位置時(shí)，由于電子標(biāo)簽的同一個(gè)位置，可能同時(shí)對(duì)應(yīng)幾組發(fā)射功率和誤碼率值，本發(fā)明是以比較接近臨界過(guò)渡區(qū)中心位置的一組發(fā)射功率和誤碼率值，來(lái)計(jì)算電子標(biāo)簽位置的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2， 3， 4， 5， 6或7所述的新的精確射頻定位技術(shù)方案，其特征在于為了簡(jiǎn)化定位工作，本發(fā)明還使用了簡(jiǎn)化公式ln x= {In q-G(Er)-b(NM/n來(lái)計(jì)算電子標(biāo)簽的位置的；其中n代表環(huán)境衰減指數(shù)，G(Er)是一個(gè)誤碼率的函數(shù)，n和G(Er)都可以預(yù)先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)獲得，b(N)是一個(gè)與環(huán)境噪聲強(qiáng)度有關(guān)的值，可在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)參照信號(hào)源的測(cè)試求得，也可利用讀寫(xiě)器測(cè)得的RSSI值的變化，來(lái)對(duì)原有的值進(jìn)行修正，x是需要確定的電子標(biāo)簽到讀寫(xiě)器的距離，q是電子標(biāo)簽的的發(fā)射功率。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3， 4， 5， 7或8所述的新的精確射頻定位技術(shù)方案，其特征在于為了節(jié)電的目的，電子標(biāo)簽平常處于一種周期性睡眠，蘇醒后工作一瞬間的工作模式；在需要對(duì)移動(dòng)電子標(biāo)簽進(jìn)行定位時(shí)，還需要通過(guò)讀寫(xiě)器，或配合讀寫(xiě)器工作的一個(gè)呼叫機(jī)，利用電子標(biāo)簽睡眠蘇醒后工作的瞬間，與之建立起通信聯(lián)系；并通過(guò)信號(hào)指令，調(diào)整電子標(biāo)簽的工作方式，使電子標(biāo)簽?zāi)軌蛟谶M(jìn)入需要定位的范圍內(nèi)，按照實(shí)際需要，以不同的方式和規(guī)定的延續(xù)時(shí)間，來(lái)發(fā)射定位信號(hào)包。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1，3，4，5或9所述的新的精確射頻定位技術(shù)方案，當(dāng)用于解決以高速公路多通道不停車(chē)收費(fèi)管理中，存在的鄰道信號(hào)干擾，或不停車(chē)門(mén)禁管理中，存在的其它尾隨車(chē)輛信號(hào)干擾為代表的問(wèn)題時(shí)，其特征在于它不需要預(yù)先建立發(fā)射功率，誤碼率和距離之間的關(guān)系，也不需要使用參照信號(hào)源，或反映環(huán)境噪聲的其它參數(shù)，來(lái)確定電子標(biāo)簽到讀寫(xiě)器的準(zhǔn)確距離，而是直接讓電子標(biāo)簽在車(chē)輛駛近車(chē)道讀寫(xiě)器時(shí)，以接近臨界發(fā)射功率的幾個(gè)不同發(fā)射功率，連續(xù)發(fā)射多個(gè)信號(hào)包，然后在所有可能接收到該電子標(biāo)簽信號(hào)的，安裝在各個(gè)車(chē)道的讀寫(xiě)器中，或在門(mén)禁管理讀寫(xiě)器可能接收到的，所有不同車(chē)輛發(fā)來(lái)的信號(hào)中，按照最小發(fā)射功率和最小誤碼率，對(duì)應(yīng)距離最近的讀寫(xiě)器的原則，來(lái)確保不停車(chē)收費(fèi)車(chē)道管理計(jì)算機(jī)，或門(mén)禁管理計(jì)算所處理的車(chē)載電子標(biāo)簽身份號(hào)是正確的。
全文摘要
本發(fā)明利用一般有源電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器，通過(guò)預(yù)先實(shí)際測(cè)量，或用其它方式建立起的，發(fā)射功率和對(duì)應(yīng)的誤碼率，與兩者之間距離的關(guān)系，再根據(jù)實(shí)際測(cè)試時(shí)，電子標(biāo)簽所使用的不同發(fā)射功率和測(cè)得的對(duì)應(yīng)誤碼率，來(lái)確定電子標(biāo)簽到讀寫(xiě)器的距離。為了使用方便起見(jiàn)，誤碼率是以讀寫(xiě)器接收電子標(biāo)簽信號(hào)的“丟包率”來(lái)計(jì)算的。同時(shí)為了減小環(huán)境噪聲變化給定位精度帶來(lái)的影響，本發(fā)明還利用參照信號(hào)源測(cè)量數(shù)據(jù)的變化，或讀寫(xiě)器測(cè)得的噪聲強(qiáng)度變化，來(lái)修正計(jì)算結(jié)果，從而以一種簡(jiǎn)單有效的方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子標(biāo)簽在一維和多維空間中的精確定位。同時(shí)也為海上，井下和地面搜救工作，以及不停車(chē)收費(fèi)管理中，鄰道信號(hào)干擾問(wèn)題的解決，提供了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的手段。
文檔編號(hào)G01S1/02GK101770009SQ20091005804
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者廖應(yīng)成 申請(qǐng)人:西安西谷微功率數(shù)據(jù)技術(shù)有限責(zé)任公司