專(zhuān)利名稱(chēng)：基于被動(dòng)式無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽相位信息的定位方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及普適計(jì)算領(lǐng)域，尤其涉及基于被動(dòng)式無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽相位信息的定位方法及裝置。
背景技術(shù)：
目前，由于簡(jiǎn)便、成本低、易于存儲(chǔ)等原因，無(wú)線射頻識(shí)別(RFID,Radio FrequencyIDentification)技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了大規(guī)模的應(yīng)用，包括室內(nèi)定位、倉(cāng)庫(kù)管理、供應(yīng)鏈管理、物品追蹤溯源、門(mén)禁控制等。RFID系統(tǒng)使用無(wú)線電波作為傳遞信息的媒介，在通訊和能量傳遞的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生無(wú)線信號(hào)相關(guān)的信息，包括幅值、相位、信號(hào)強(qiáng)度、角度等信息，使之成為具備精準(zhǔn)室內(nèi)定位能力的實(shí)用系統(tǒng)?；跓o(wú)線信號(hào)特征的定位方法已經(jīng)和正在被深入的研究，針對(duì)不同的系統(tǒng)，所采用的無(wú)線信號(hào)特征值有所不同。根據(jù)特征值的精準(zhǔn)程度，我們可以把已有的方法分成兩個(gè)類(lèi)別，即粗粒度特征值定位和細(xì)粒度特征值定位。粗粒度特征值是指那些比較容易獲取，但又容易受到外界環(huán)境因素影響的特征值，例如接收信號(hào)強(qiáng)度(Received Signal StrengthIndicator，RSSI)、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的角度陣列、信號(hào)到達(dá)時(shí)間區(qū)別等信息，最為直觀的理解粗粒度特征值，我們可以考察RSSI信息，當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間有物體移動(dòng)或者環(huán)境溫度、濕度發(fā)生變化時(shí)，RSSI值都會(huì)發(fā)生不可預(yù)料的變化，因此采用粗粒度特征值進(jìn)行定位的方法一般誤差都會(huì)很大。細(xì)粒度特征值是指那些更接近于物理層的信息，這類(lèi)特征值一般受環(huán)境因素影響比較小，但獲取較為困難，需要特殊的硬件設(shè)備支持，例如RFID系統(tǒng)中的相位信息(Phase Information, PI)和W1-Fi網(wǎng)絡(luò)中的頻道狀態(tài)信息(Channel StateInformation, CSI), CSI 是利用具有正交頻分復(fù)用技術(shù)(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing, OFDM)特性的系統(tǒng)中每個(gè)子載波的狀態(tài)信息，反應(yīng)周?chē)h(huán)境對(duì)信號(hào)的影響，一般的方法是利用Intel5300網(wǎng)卡直接獲取頻道沖擊響應(yīng)結(jié)果(Channel ImpulseResponse, CIR)，CIR/CSI中包含一個(gè)無(wú)線正弦信號(hào)的所有信息，因此在抗多徑效應(yīng)方面具有比RSSI僅適用一個(gè)幅值參數(shù)的效果要好很多，另一方面，由于CIR/CSI收取的是多個(gè)頻率的信息，因此也能根據(jù)頻率的不同抵消部分由于多徑效應(yīng)造成的誤差。雖然，CIR/CSI有很多的優(yōu)勢(shì)，但在RFID系統(tǒng)中，由于通訊機(jī)制的問(wèn)題，并沒(méi)有OFDM支持，因此提高RFID系統(tǒng)的定位精度只能弓I入相位信息。被動(dòng)式RFID系統(tǒng)采用的是后向反射式的通訊方式，即由讀寫(xiě)器(R&W)發(fā)出讀取信號(hào)，將標(biāo)簽(TAG)充電后，反射無(wú)線電信號(hào)，將標(biāo)簽內(nèi)的信息傳送回讀寫(xiě)器，正是由于后向反射式通訊方式的獨(dú)特之處，使得讀寫(xiě)器與標(biāo)簽不需要進(jìn)行信號(hào)的時(shí)間同步(信號(hào)都是由讀寫(xiě)器的天線發(fā)射和接收的)，節(jié)約了通訊開(kāi)銷(xiāo)和能量，同時(shí)確保了相位信息的準(zhǔn)確性。無(wú)線信號(hào)是利用正弦波進(jìn)行調(diào)制傳輸?shù)?，一般正弦波的信?hào)可以用幅值、頻率和相位三個(gè)要素來(lái)確定。我們可以使用復(fù)平面的有強(qiáng)度向量和極坐標(biāo)來(lái)表示一個(gè)正弦波的狀態(tài)，在極坐標(biāo)系中，可以用兩個(gè)分量來(lái)表不，X軸代表的是I (In-phase,同相)分量，Y軸代表的是Q(Quadrature,正交)分量。IQ分量間有90度的相位差。如圖1所示,在IQ圖中，一個(gè)向量的長(zhǎng)度表示信號(hào)的幅值，而向量與I分量的夾角為相位，即圖1中的Θ。如果能夠獲得讀寫(xiě)器的天線發(fā)射信號(hào)的IQ值，則可以獲取信號(hào)的相位。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的距離可以通過(guò)信號(hào)的頻率和相位計(jì)算獲得。當(dāng)獲得相位信息后，通?？梢圆捎孟辔徊畹姆椒ㄟM(jìn)行定位，即利用相位的變化反映距離。較為常用的三種相位差法分別為時(shí)域相位差分法(Time DomainPhase Difference of Arrival,簡(jiǎn)稱(chēng)TDF1DOA),頻域相位差分法(Frequency. Domain PhaseDifference of Arrival,簡(jiǎn)稱(chēng) FDF1DOA)以及空間相位差分法(Spatial Domain PhaseDifference of Arrival,簡(jiǎn)稱(chēng)SDF1DOA)。這些方法根據(jù)信號(hào)的頻率信息直接計(jì)算出相對(duì)位置。當(dāng)相位信息準(zhǔn)確時(shí)，上述的三種方法都能給出準(zhǔn)確的距離測(cè)量結(jié)果。但是，實(shí)際測(cè)量結(jié)果如圖2所示，被動(dòng)式RFID系統(tǒng)中的IQ是比較分散的，其主要原因是受到外界環(huán)境反射信號(hào)的干擾，因此會(huì)造成很大的相位誤差。這就使得TDH)0A、FDro0A和SDTOOA等方法結(jié)果較差，這是現(xiàn)有方法的第一個(gè)嚴(yán)重不足。為解決靜態(tài)定位結(jié)果的不準(zhǔn)確性，有研究人員提出按照事先預(yù)定好的路線移動(dòng)讀寫(xiě)器的天線(ANT)，由于移動(dòng)過(guò)程中讀寫(xiě)器和目標(biāo)標(biāo)簽的距離
一直在發(fā)生變化，因此可以獲得一系列的相位值，通過(guò)多次數(shù)據(jù)采集降低單次測(cè)量造成的相位誤差。但該方法只能針對(duì)移動(dòng)讀寫(xiě)器的情況，需要至少三個(gè)不同的位置測(cè)量，而且最終給出的位置是概率分布的，對(duì)于許多應(yīng)用并不普遍適應(yīng)。尤其是相位不準(zhǔn)確的問(wèn)題依舊存在。因此現(xiàn)有方法的第二不足是在動(dòng)態(tài)條件下數(shù)據(jù)采集與計(jì)算復(fù)雜，同時(shí)精度也不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種基于被動(dòng)式無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽相位信息的定位方法及裝置，以解決無(wú)線射頻識(shí)別靜態(tài)定位時(shí)相位信息獲取不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的誤差較大、動(dòng)態(tài)定位時(shí)數(shù)據(jù)采集與計(jì)算復(fù)雜且精度不高的問(wèn)題。為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案基于被動(dòng)式無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽相位信息的定位方法，包括A、計(jì)算出相位值讀寫(xiě)器的天線發(fā)射連續(xù)無(wú)線電波至標(biāo)簽，采集設(shè)備采集標(biāo)簽的反射信號(hào)，建立該反射信號(hào)的極坐標(biāo)，極坐標(biāo)包括X軸和Y軸，X軸代表同相I分量，Y軸代表正交Q分量，同相I分量和正交Q分量組成IQ數(shù)據(jù)；采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位值；B、通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離。其中，采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位信息，包括根據(jù)選擇條件選擇k個(gè)最近鄰居節(jié)點(diǎn)聚類(lèi)算法、k均值聚類(lèi)算法、支持向量機(jī)聚類(lèi)算法中的其中一種聚類(lèi)算法，采用該選擇的聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位值；其中，選擇條件包括最終聚類(lèi)結(jié)果在2-4個(gè)類(lèi)別，聚類(lèi)后異常值最少，聚類(lèi)后相位角波動(dòng)范圍最小。其中，步驟A計(jì)算相位值具體為Al、預(yù)置i=l，預(yù)置η的值，η取值范圍20-50 ；Α2、讀寫(xiě)器的天線通過(guò)發(fā)射第i次連續(xù)無(wú)線電波采集標(biāo)簽的第i次反射信號(hào)，建立該第i次反射信號(hào)的極坐標(biāo)，極坐標(biāo)包括X軸和Y軸，X軸代表同相I分量，Y軸代表正交Q分量，同相I分量和正交Q分量組成第i次IQ數(shù)據(jù)；采用聚類(lèi)算法對(duì)第i次IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得第i次相位值；
A3、判斷i是否等于n，如果是，繼續(xù)步驟A4，否則，i=i+l，繼續(xù)步驟A2 ；A4、對(duì)η次相位值取平均值。其中，在所述采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算之前，還包括去除IQ數(shù)據(jù)中的異常點(diǎn)。其中，所述步驟B通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算 =ηλ+Φ/2π λ ;D為讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，λ為連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，波長(zhǎng)通過(guò)連續(xù)無(wú)線電波的頻率計(jì)算得到，Φ為相位值。其中，所述定位方法為單天線模式的定位方法時(shí) 步驟A計(jì)算出相位值具體為，讀寫(xiě)器的天線向標(biāo)簽先后發(fā)射兩種頻率的連續(xù)無(wú)線電波，計(jì)算出兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)這兩種頻率的相位值；步驟B通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)M- =ηλ 1+Φ1/2π \ ,,Vi=XiX 2+Φ2/2 λ 2，D為讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，入1和λ 2為先后發(fā)射連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，這兩個(gè)波長(zhǎng)通過(guò)先后發(fā)射的連續(xù)無(wú)線電波的兩次頻率計(jì)算得到，O1和Φ2為兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)這兩種頻率的相位值；其中，所述定位方法為雙天線模式的定位方法時(shí)步驟A計(jì)算出相位值具體為，讀寫(xiě)器的兩個(gè)天線向標(biāo)簽發(fā)射相同頻率的連續(xù)無(wú)線電波，計(jì)算出兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)天線的相位值；步驟B通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算=D1=Ii λ + Φ/2 λ，D2=n λ + Φ2/2 π λ，S2=D1WD22ID1D2COS Λ s，D1 和 D2 分別為兩個(gè)天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，λ為連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，這個(gè)波長(zhǎng)發(fā)射的連續(xù)無(wú)線電波的頻率計(jì)算得到，CD1和Φ2為兩個(gè)天線的相位值，s表示兩個(gè)天線的距離，Λ s表示標(biāo)簽到兩個(gè)天線的平面夾角?；诒粍?dòng)式無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽相位信息的定位裝置，包括采集計(jì)算單元,用于計(jì)算出相位值讀寫(xiě)器的天線發(fā)射連續(xù)無(wú)線電波至標(biāo)簽，采集設(shè)備采集標(biāo)簽的反射信號(hào)，建立該反射信號(hào)的極坐標(biāo)，極坐標(biāo)包括X軸和Y軸，X軸代表同相I分量，Y軸代表正交Q分量，同相I分量和正交Q分量組成IQ數(shù)據(jù)；采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位值；定位單元，用于通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離。其中，采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位信息，包括根據(jù)選擇條件選擇k個(gè)最近鄰居節(jié)點(diǎn)聚類(lèi)算法、k均值聚類(lèi)算法、支持向量機(jī)聚類(lèi)算法中的其中一種聚類(lèi)算法，采用該選擇的聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位值；其中，所述選擇條件包括最終聚類(lèi)結(jié)果在2-4個(gè)類(lèi)別，聚類(lèi)后異常值最少，聚類(lèi)后相位角波動(dòng)范圍最小。其中，計(jì)算相位值具體為Al、預(yù)置i=l，預(yù)置η的值，η取值范圍20-50 ；Α2、讀寫(xiě)器的天線通過(guò)發(fā)射第i次連續(xù)無(wú)線電波采集標(biāo)簽的第i次反射信號(hào)，建立該第i次反射信號(hào)的極坐標(biāo)，極坐標(biāo)包括X軸和Y軸，X軸代表同相I分量，Y軸代表正交Q分量，同相I分量和正交Q分量組成第i次IQ數(shù)據(jù)；采用聚類(lèi)算法對(duì)第i次IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得第i次相位值；A3、判斷i是否等于n，如果是，繼續(xù)步驟A4，否則，i=i+l，繼續(xù)步驟A2 ；A4、對(duì)η次相位值取平均值。其中，在所述采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算之前，還包括去除IQ數(shù)據(jù)中的異常點(diǎn)。其中，所述通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算 =ηλ+Φ/2π λ ;D為讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，λ為連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，波長(zhǎng)通過(guò)連續(xù)無(wú)線電波的頻率計(jì)算得到，Φ為相位值。其中，所述定位裝置為單天線模式的定位裝置時(shí)計(jì)算出相位值具體為，讀寫(xiě)器的天線向標(biāo)簽先后發(fā)射兩種頻率的連續(xù)無(wú)線電波，計(jì)算出兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)這兩種頻率的相位值；通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算 =ηλ ^Φ π X1, =ηλ2+Φ2/2η入2，D為讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，入i和λ 2為先后發(fā)射連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，這兩個(gè)波長(zhǎng)通過(guò)先后發(fā)射的連續(xù)無(wú)線電波的兩次頻率計(jì)算得到，O1和Φ2為兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)這兩種頻率的相位值；其中，所述定位裝置為雙天線模式的定位裝置時(shí)計(jì)算出相位值具體為，讀寫(xiě)器的兩個(gè)天線向標(biāo)簽發(fā)射相同頻率的連續(xù)無(wú)線電波，計(jì)算出兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)天線的相位值；通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算D1=Ii λ +Φ,/2 3 λ，D2=n λ +Φ2/2 π λ，S2=D1WD22ID1D2COS Δ s’ D1 和 D2 分別為兩個(gè)天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，λ為連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，這個(gè)波長(zhǎng)發(fā)射的連續(xù)無(wú)線電波的頻率計(jì)算得到，O1和Φ2為兩個(gè)天線的相位值，s表示兩個(gè)天線的距離，△ s表示標(biāo)簽到兩個(gè) 天線的平面夾角。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明采用了細(xì)粒度的定位參數(shù)一基于物理層的相位信息實(shí)現(xiàn)對(duì)被動(dòng)式RFID系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，引入多種聚類(lèi)方法，通過(guò)比較各種不同情況選擇最優(yōu)的聚類(lèi)方法獲取RFID反射式無(wú)線電波的精確的相位信息，同時(shí)對(duì)相位值進(jìn)行處理，減少相位計(jì)算誤差，提高靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下的定位精度，本發(fā)明適用于單天線、雙天線等多種應(yīng)用場(chǎng)景，解決了傳統(tǒng)方法中僅使用單一方法造成的應(yīng)用場(chǎng)景不符的誤差，從側(cè)面提高了定位精度。


圖1是單個(gè)連續(xù)無(wú)線電波的相位圖；圖2是多個(gè)相位信息示例圖；圖3是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)IQ誤差示例圖；圖4是ISO標(biāo)準(zhǔn)中的連續(xù)無(wú)線電波示意圖；圖5是實(shí)測(cè)的讀寫(xiě)器與標(biāo)簽通訊信號(hào)圖；圖6是本發(fā)明的定位方法流程圖；圖7是KNN聚類(lèi)示例圖8是Κ-means聚類(lèi)示例圖；圖9是SVM聚類(lèi)示例圖；圖10是單天線相位定位示意圖；圖11是雙天線相位定位示意圖；圖12是多天線相位定位示意具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合圖1-圖12并通過(guò)具體實(shí)施方式
來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。基于被動(dòng)式無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽相位信息的定位方法，包括 A、計(jì)算出相位值讀寫(xiě)器的天線發(fā)射連續(xù)無(wú)線電波至標(biāo)簽，采集設(shè)備采集標(biāo)簽的反射信號(hào)，建立該反射信號(hào)的極坐標(biāo)，極坐標(biāo)包括X軸和Y軸，X軸代表同相I分量，Y軸代表正交Q分量，同相I分量和正交Q分量組成IQ數(shù)據(jù)；采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位值；圖1描述了一個(gè)連續(xù)無(wú)線電波形在相位平面上的分布情況。其中A代表幅值，相位平面圖中的點(diǎn)代表了相位值的I分量和Q分量的數(shù)值。B、通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離。在本實(shí)施例中，采用聚類(lèi)算法對(duì)選定的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算的方法是一個(gè)公知常識(shí)，由相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離也是一個(gè)公知常識(shí)。在本實(shí)施例中，采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位信息，包括根據(jù)選擇條件選擇k個(gè)最近鄰居節(jié)點(diǎn)聚類(lèi)算法、k均值聚類(lèi)算法、支持向量機(jī)聚類(lèi)算法中的其中一種聚類(lèi)算法，采用該選擇的聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位值；其中，選擇條件包括最終聚類(lèi)結(jié)果在2-4個(gè)類(lèi)別，聚類(lèi)后異常值最少，聚類(lèi)后相位角波動(dòng)范圍最小。在本實(shí)施例中，這幾個(gè)選擇條件是具有優(yōu)先級(jí)的，最優(yōu)先的是聚類(lèi)結(jié)果在2-4個(gè)類(lèi)別，其次是聚類(lèi)后異常值最少，最后是聚類(lèi)后相位角波動(dòng)范圍最小，如果根據(jù)優(yōu)先級(jí)高的條件可以選出最優(yōu)聚類(lèi)算法，那么可以不用考慮后面的優(yōu)先級(jí)低的條件。除了這三個(gè)主要條件以外，還有其他一些條件，比如聚類(lèi)后的中心點(diǎn)合理選取計(jì)算出的中心點(diǎn)位置與之前相關(guān)聯(lián)位置計(jì)算出的中心點(diǎn)位置應(yīng)有連續(xù)的關(guān)系，如果跳躍太大，則認(rèn)為是不合理，如果連續(xù)性比較好，則認(rèn)為是合理的。在本實(shí)施例中，步驟A計(jì)算相位值具體為Al、預(yù)置i=l，預(yù)置η的值，η取值范圍20-50 ；Α2、讀寫(xiě)器的天線通過(guò)發(fā)射第i次連續(xù)無(wú)線電波采集標(biāo)簽的第i次反射信號(hào)，建立該第i次反射信號(hào)的極坐標(biāo)，極坐標(biāo)包括X軸和Y軸，X軸代表同相I分量，Y軸代表正交Q分量，同相I分量和正交Q分量組成第i次IQ數(shù)據(jù)；采用聚類(lèi)算法對(duì)第i次IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得第i次相位值；A3、判斷i是否等于n，如果是，繼續(xù)步驟A4，否則，i=i+l，繼續(xù)步驟A2 ；A4、對(duì)η次相位值取平均值。在本實(shí)施例中，采集反射信號(hào)前要設(shè)定相位信息采集設(shè)備的參數(shù)頻率、能量、天線靈敏度、循環(huán)讀寫(xiě)次數(shù)，其中，頻率是被動(dòng)式無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率范圍，應(yīng)滿(mǎn)足我國(guó)規(guī)定的頻率要求840 845MHz和920 925MHz范圍內(nèi)，能量是指天線所發(fā)射的信號(hào)的能量，一般在15_30dBm之間，天線敏感度是指天線接收信號(hào)的感應(yīng)強(qiáng)度，敏感度越高，越能接收到弱的信號(hào)，本發(fā)明中設(shè)置為IOdBm,循環(huán)讀寫(xiě)次數(shù)是指讀寫(xiě)器與標(biāo)簽通訊的次數(shù)，次數(shù)越高采集到的相位樣本越多，本發(fā)明中一般采用了 20-50次。這樣設(shè)置的考慮是低于20次的相位樣本數(shù)量太少，有可能會(huì)被誤差樣本干擾，如果樣本采集過(guò)多，能量消耗和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求較高，因此，選擇20-50次較為合理，對(duì)應(yīng)的樣本空間范圍在700至2000個(gè)之間；在本實(shí)施例中，分別對(duì)n=20, n=30, n=50這三種情況進(jìn)行計(jì)算。圖2顯示了在真實(shí)的測(cè)試環(huán)境中獲得的相位信息，圖中是多次讀取后的情況，讀取次數(shù)為30次?！ぴ诓捎镁垲?lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算之前，還包括去除IQ數(shù)據(jù)中的異常點(diǎn)。圖4說(shuō)明了連續(xù)無(wú)線電波在ISO標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)的位置，每個(gè)標(biāo)簽的讀取過(guò)程一般都包括4個(gè)命令C和若干個(gè)命令中間的CW，因此如果想多采樣的話(huà)，可以使用多次讀寫(xiě)來(lái)提高樣本空間的密度。圖5展示了一次成功的讀寫(xiě)中無(wú)線正弦波的分布情況。在本實(shí)施例中，聚類(lèi)算法采用kNN算法，圖7是使用kNN方法后在920MHz頻率下距離為O. 9米的聚類(lèi)結(jié)果圖。圖中的橢圓圈表示聚類(lèi)后的數(shù)據(jù)劃分。相位的獲得需要計(jì)算各類(lèi)的中心點(diǎn)，然后將中心點(diǎn)之間連線，在獲得所有的組合結(jié)果后，將結(jié)果進(jìn)行平均插值。最后給出相位結(jié)果。作為另一種實(shí)施例，圖8展示了 k-means方法的聚類(lèi)結(jié)果，對(duì)比圖7的數(shù)據(jù)，IQ數(shù)據(jù)更加分散，如果使用kNN方法，則會(huì)產(chǎn)生更多的聚類(lèi)組，造成誤差增大的情況。因此，需要根據(jù)IQ數(shù)據(jù)分布情況選擇合適的優(yōu)化的聚類(lèi)方法。作為另一種實(shí)施例，圖9是SVM聚類(lèi)方法的示意圖，對(duì)比前兩組數(shù)據(jù)，SVM可以返回更加準(zhǔn)確的聚類(lèi)結(jié)果，同時(shí)能給出更合理的中心點(diǎn)，使得相位結(jié)果更加準(zhǔn)確。但是SVM處理如圖7的數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)勢(shì)就不是很明顯。由上述三種聚類(lèi)方法的比較可以看出，沒(méi)有一種聚類(lèi)方法是適應(yīng)所有的分布情況的，必須進(jìn)行優(yōu)化選擇。在本實(shí)施例中，步驟B通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算 =ηλ+Φ/2π λ ;D為讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，λ為連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，波長(zhǎng)通過(guò)連續(xù)無(wú)線電波的頻率計(jì)算得到，Φ為相位值。在本實(shí)施例中，所述定位方法為單天線模式的定位方法時(shí)步驟A計(jì)算出相位值具體為，讀寫(xiě)器的天線向標(biāo)簽先后發(fā)射兩種頻率的連續(xù)無(wú)線電波，計(jì)算出兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)這兩種頻率的相位值；步驟B通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)M- =ηλ 1+Φ1/2π \ ,,Vi=XiX 2+Φ2/2 λ 2，D為讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，入1和λ 2為先后發(fā)射連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，這兩個(gè)波長(zhǎng)通過(guò)先后發(fā)射的連續(xù)無(wú)線電波的兩次頻率計(jì)算得到，O1和Φ2為兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)這兩種頻率的相位值；圖3表明了在單天線條件下，使用920MHz的頻率，讀寫(xiě)50次，天線發(fā)射功率為20dBm，距離為60cm的測(cè)試結(jié)果。圖中的實(shí)線是根據(jù)中線法獲得的相位角度，約為44. 3度。兩個(gè)虛線代表了誤差范圍。作為另一種實(shí)施例，所述定位方法為雙天線模式的定位方法時(shí)步驟A計(jì)算出相位值具體為，讀寫(xiě)器的兩個(gè)天線向標(biāo)簽發(fā)射相同頻率的連續(xù)無(wú)線電波，計(jì)算出兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)天線的相位值；步驟B通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算=D1=Ii λ + Φ/2 λ，D2=n λ + Φ2/2 π λ，S2=D1WD22ID1D2COS Λ s，D1 和 D2 分別為兩個(gè)天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，λ為連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，這個(gè)波長(zhǎng)發(fā)射的連續(xù)無(wú)線電波的頻率計(jì)算得到，CD1和Φ2為兩個(gè)天線的相位值，s表示兩個(gè)天線的距離，Λ s表示標(biāo)簽到兩個(gè)天線的平面夾角。如圖11所示，天線的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)天線同時(shí)與標(biāo)簽通訊，兩個(gè)天線發(fā)射出的同頻率的連續(xù)無(wú)線電波被標(biāo)簽接收，各自接收標(biāo)簽反射回來(lái)的連續(xù)無(wú)線電波，由于兩個(gè)天 線是預(yù)先布置好的，因此兩個(gè)天線之間的距離s也是一個(gè)定值，通過(guò)兩個(gè)天線和標(biāo)簽之間的三角形關(guān)系，可以計(jì)算得到兩個(gè)天線各自到標(biāo)簽的距離D1和D2。在本實(shí)施例中，相位信息采集設(shè)備是用NI的仿真設(shè)備做成的專(zhuān)門(mén)的采集設(shè)備，天線發(fā)射的信號(hào)為連續(xù)無(wú)線電波，本實(shí)施例的工作環(huán)境為室內(nèi)環(huán)境。作為另一種實(shí)施例，如圖12所示，天線的數(shù)量為3個(gè)，利用標(biāo)簽與各個(gè)天線的夾角、各個(gè)天線之間的距離確定各個(gè)天線到標(biāo)簽的距離?；诒粍?dòng)式無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽相位信息的定位裝置，包括采集計(jì)算單元,用于計(jì)算出相位值讀寫(xiě)器的天線發(fā)射連續(xù)無(wú)線電波至標(biāo)簽，采集設(shè)備采集標(biāo)簽的反射信號(hào)，建立該反射信號(hào)的極坐標(biāo)，極坐標(biāo)包括X軸和Y軸，X軸代表同相I分量，Y軸代表正交Q分量，同相I分量和正交Q分量組成IQ數(shù)據(jù)；采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位值；圖1描述了一個(gè)連續(xù)無(wú)線電波形在相位平面上的分布情況。其中A代表幅值，相位平面圖中的點(diǎn)代表了相位值的I分量和Q分量的數(shù)值。定位單元，用于通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離。在本實(shí)施例中，采用聚類(lèi)算法對(duì)選定的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算的方法是一個(gè)公知常識(shí)，由相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離也是一個(gè)公知常識(shí)。在本實(shí)施例中，采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位信息，包括根據(jù)選擇條件選擇k個(gè)最近鄰居節(jié)點(diǎn)聚類(lèi)算法、k均值聚類(lèi)算法、支持向量機(jī)聚類(lèi)算法中的其中一種聚類(lèi)算法，采用該選擇的聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位值；其中，選擇條件包括最終聚類(lèi)結(jié)果在2-4個(gè)類(lèi)別，聚類(lèi)后異常值最少，聚類(lèi)后相位角波動(dòng)范圍最小。在本實(shí)施例中，這幾個(gè)選擇條件是具有優(yōu)先級(jí)的，最優(yōu)先的是聚類(lèi)結(jié)果在2-4個(gè)類(lèi)別，其次是聚類(lèi)后異常值最少，最后是聚類(lèi)后相位角波動(dòng)范圍最小，如果根據(jù)優(yōu)先級(jí)高的條件可以選出最優(yōu)聚類(lèi)算法，那么可以不用考慮后面的優(yōu)先級(jí)低的條件。除了這三個(gè)主要條件以外，還有其他一些條件，比如聚類(lèi)后的中心點(diǎn)合理選取計(jì)算出的中心點(diǎn)位置與之前相關(guān)聯(lián)位置計(jì)算出的中心點(diǎn)位置應(yīng)有連續(xù)的關(guān)系，如果跳躍太大，則認(rèn)為是不合理，如果連續(xù)性比較好，則認(rèn)為是合理的。在本實(shí)施例中，步驟A計(jì)算相位值具體為
Al、預(yù)置i=l，預(yù)置η的值，η取值范圍20-50 ；Α2、讀寫(xiě)器的天線通過(guò)發(fā)射第i次連續(xù)無(wú)線電波采集標(biāo)簽的第i次反射信號(hào)，建立該第i次反射信號(hào)的極坐標(biāo)，極坐標(biāo)包括X軸和Y軸，X軸代表同相I分量，Y軸代表正交Q分量，同相I分量和正交Q分量組成第i次IQ數(shù)據(jù)；采用聚類(lèi)算法對(duì)第i次IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得第i次相位值；A3、判斷i是否等于n，如果是，繼續(xù)步驟A4，否則，i=i+l，繼續(xù)步驟A2 ;A4、對(duì)η次相位值取平均值。在本實(shí)施例中，采集反射信號(hào)前要設(shè)定相位信息采集設(shè)備的參數(shù)頻率、能量、天線靈敏度、循環(huán)讀寫(xiě)次數(shù)，其中，頻率是被動(dòng)式無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率范圍，應(yīng)滿(mǎn)足我國(guó)規(guī)定的頻率要求840 845MHz和920 925MHz范圍內(nèi)，能量是指天線所發(fā)射的信號(hào)的能量，一般在15-30dBm之間，天線敏感度是指天線接收信號(hào)的感應(yīng)強(qiáng)度，敏感度越高，越能接收到弱的信號(hào)，本發(fā)明中設(shè)置為IOdBm,循環(huán)讀寫(xiě)次數(shù)是指讀寫(xiě)器與標(biāo)簽通訊的次數(shù)，次數(shù)越高采集到的相位樣本越多，本發(fā)明中一般采用了 20-50次。這樣設(shè)置的考慮是低于 20次的相位樣本數(shù)量太少，有可能會(huì)被誤差樣本干擾，如果樣本采集過(guò)多，能量消耗和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求較高，因此，選擇20-50次較為合理，對(duì)應(yīng)的樣本空間范圍在700至2000個(gè)之間；在本實(shí)施例中，分別對(duì)n=20, n=30, n=50這三種情況進(jìn)行計(jì)算。圖2顯示了在真實(shí)的測(cè)試環(huán)境中獲得的相位信息，圖中是多次讀取后的情況，讀取次數(shù)為30次。在采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算之前，還包括去除IQ數(shù)據(jù)中的異常點(diǎn)。圖4說(shuō)明了連續(xù)無(wú)線電波在ISO標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)的位置，每個(gè)標(biāo)簽的讀取過(guò)程一般都包括4個(gè)命令C和若干個(gè)命令中間的CW，因此如果想多采樣的話(huà)，可以使用多次讀寫(xiě)來(lái)提高樣本空間的密度。圖5展示了一次成功的讀寫(xiě)中無(wú)線正弦波的分布情況。在本實(shí)施例中，聚類(lèi)算法采用kNN算法，圖7是使用kNN方法后在920MHz頻率下距離為O. 9米的聚類(lèi)結(jié)果圖。圖中的橢圓圈表示聚類(lèi)后的數(shù)據(jù)劃分。相位的獲得需要計(jì)算各類(lèi)的中心點(diǎn)，然后將中心點(diǎn)之間連線，在獲得所有的組合結(jié)果后，將結(jié)果進(jìn)行平均插值。最后給出相位結(jié)果。作為另一種實(shí)施例，圖8展示了 k-means方法的聚類(lèi)結(jié)果，對(duì)比圖7的數(shù)據(jù)，IQ數(shù)據(jù)更加分散，如果使用kNN方法，則會(huì)產(chǎn)生更多的聚類(lèi)組，造成誤差增大的情況。因此，需要根據(jù)IQ數(shù)據(jù)分布情況選擇合適的優(yōu)化的聚類(lèi)方法。作為另一種實(shí)施例，圖9是SVM聚類(lèi)方法的示意圖，對(duì)比前兩組數(shù)據(jù)，SVM可以返回更加準(zhǔn)確的聚類(lèi)結(jié)果，同時(shí)能給出更合理的中心點(diǎn)，使得相位結(jié)果更加準(zhǔn)確。但是SVM處理如圖7的數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)勢(shì)就不是很明顯。由上述三種聚類(lèi)方法的比較可以看出，沒(méi)有一種聚類(lèi)方法是適應(yīng)所有的分布情況的，必須進(jìn)行優(yōu)化選擇。在本實(shí)施例中，步驟B通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算 =ηλ+Φ/2π λ ;D為讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，λ為連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，波長(zhǎng)通過(guò)連續(xù)無(wú)線電波的頻率計(jì)算得到，Φ為相位值。
在本實(shí)施例中，所述定位裝置為單天線模式的定位裝置時(shí)步驟A計(jì)算出相位值具體為，讀寫(xiě)器的天線向標(biāo)簽先后發(fā)射兩種頻率的連續(xù)無(wú)線電波，計(jì)算出兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)這兩種頻率的相位值；步驟B通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)M- =ηλ 1+Φ1/2π \ ,,Vi=XiX 2+Φ2/2 λ 2，D為讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，入1和λ 2為先后發(fā)射連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，這兩個(gè)波長(zhǎng)通過(guò)先后發(fā)射的連續(xù)無(wú)線電波的兩次頻率計(jì)算得到，O1和Φ2為兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)這兩種頻率的相位值；圖3表明了在單天線條件下，使用920MHz的頻率，讀寫(xiě)50次，天線發(fā)射功率為20dBm，距離為60cm的測(cè)試結(jié)果。圖中的實(shí)線是根據(jù)中線法獲得的相位角度，約為44. 3度。兩個(gè)虛線代表了誤差范圍。
作為另一種實(shí)施例，所述定位裝置為雙天線模式的定位裝置時(shí)步驟A計(jì)算出相位值具體為，讀寫(xiě)器的兩個(gè)天線向標(biāo)簽發(fā)射相同頻率的連續(xù)無(wú)線電波，計(jì)算出兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)天線的相位值；步驟B通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算=D1=Ii λ + Φ/2 λ，D2=n λ + Φ2/2 π λ，S2=D1WD22ID1D2COS Λ s，D1 和 D2 分別為兩個(gè)天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，λ為連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，這個(gè)波長(zhǎng)發(fā)射的連續(xù)無(wú)線電波的頻率計(jì)算得到，CD1和Φ2為兩個(gè)天線的相位值，s表示兩個(gè)天線的距離，Λ s表示標(biāo)簽到兩個(gè)天線的平面夾角。如圖11所示，天線的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)天線同時(shí)與標(biāo)簽通訊，兩個(gè)天線發(fā)射出的同頻率的連續(xù)無(wú)線電波被標(biāo)簽接收，各自接收標(biāo)簽反射回來(lái)的連續(xù)無(wú)線電波，由于兩個(gè)天線是預(yù)先布置好的，因此兩個(gè)天線之間的距離s也是一個(gè)定值，通過(guò)兩個(gè)天線和標(biāo)簽之間的三角形關(guān)系，可以計(jì)算得到兩個(gè)天線各自到標(biāo)簽的距離D1和D2。在本實(shí)施例中，相位信息采集設(shè)備是用NI的仿真設(shè)備做成的專(zhuān)門(mén)的采集設(shè)備，天線發(fā)射的信號(hào)為連續(xù)無(wú)線電波，本實(shí)施例的工作環(huán)境為室內(nèi)環(huán)境。作為另一種實(shí)施例，如圖12所示，天線的數(shù)量為3個(gè)，利用標(biāo)簽與各個(gè)天線的夾角、各個(gè)天線之間的距離確定各個(gè)天線到標(biāo)簽的距離。以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制?；诖颂幍慕忉?zhuān)绢I(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它具體實(shí)施方式
，這些方式都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于被動(dòng)式無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽相位信息的定位方法，其特征在于，包括 A、計(jì)算出相位值 讀寫(xiě)器的天線發(fā)射連續(xù)無(wú)線電波至標(biāo)簽，采集設(shè)備采集標(biāo)簽的反射信號(hào)，建立該反射信號(hào)的極坐標(biāo)，極坐標(biāo)包括X軸和Y軸，X軸代表同相I分量，Y軸代表正交Q分量，同相I分量和正交Q分量組成IQ數(shù)據(jù)；采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位值； B、通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位信息，包括 根據(jù)選擇條件選擇k個(gè)最近鄰居節(jié)點(diǎn)聚類(lèi)算法、k均值聚類(lèi)算法、支持向量機(jī)聚類(lèi)算法中的其中一種聚類(lèi)算法，采用該選擇的聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位值； 其中，所述選擇條件包括最終聚類(lèi)結(jié)果在2-4個(gè)類(lèi)別，聚類(lèi)后異常值最少，聚類(lèi)后相位角波動(dòng)范圍最小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述步驟A計(jì)算相位值具體為 Al、預(yù)置i=l，預(yù)置η的值，η取值范圍20-50 ； Α2、讀寫(xiě)器的天線通過(guò)發(fā)射第i次連續(xù)無(wú)線電波采集標(biāo)簽的第i次反射信號(hào)，建立該第i次反射信號(hào)的極坐標(biāo)，極坐標(biāo)包括X軸和Y軸，X軸代表同相I分量，Y軸代表正交Q分量，同相I分量和正交Q分量組成第i次IQ數(shù)據(jù)；采用聚類(lèi)算法對(duì)第i次IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得第i次相位值； A3、判斷i是否等于n，如果是，繼續(xù)步驟A4，否則，i=i+l，繼續(xù)步驟A2 ； A4、對(duì)η次相位值取平均值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，在所述采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算之前，還包括去除IQ數(shù)據(jù)中的異常點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于 所述步驟B通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算 =ηλ+Φ/2π λ ;D為讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，λ為連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，波長(zhǎng)通過(guò)連續(xù)無(wú)線電波的頻率計(jì)算得到，Φ為相位值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于 所述定位方法為單天線模式的定位方法時(shí) 步驟A計(jì)算出相位值具體為，讀寫(xiě)器向標(biāo)簽先后發(fā)射兩種頻率的連續(xù)無(wú)線電波，計(jì)算出兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)這兩種頻率的相位值； 步驟B通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算 =ηλ1+Φ1/2 3 A1, =ηλ2+Φ2/2η入2，D為讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，入i和λ 2為先后發(fā)射連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，這兩個(gè)波長(zhǎng)通過(guò)先后發(fā)射的連續(xù)無(wú)線電波的兩次頻率計(jì)算得到，O1和Φ2為兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)這兩種頻率的相位值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于 所述定位方法為雙天線模式的定位方法時(shí) 步驟A計(jì)算出相位值具體為，讀寫(xiě)器的兩個(gè)天線向標(biāo)簽發(fā)射相同頻率的連續(xù)無(wú)線電波，計(jì)算出兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)天線的相位值；步驟B通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算=D1 =η λ+Φ/2 λ， 2=ηλ+Φ2/2 3 λ，S2=D1WD22ID1D2COS Λ s，D1 和 D2 分別為兩個(gè)天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，λ為連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，這個(gè)波長(zhǎng)發(fā)射的連續(xù)無(wú)線電波的頻率計(jì)算得到，O1和Φ2為兩個(gè)天線的相位值，s表示兩個(gè)天線的距離，△ s表示標(biāo)簽到兩個(gè)天線的平面夾角。
8.基于被動(dòng)式無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽相位信息的定位裝置，其特征在于，包括 采集計(jì)算單元，用于計(jì)算出相位值 讀寫(xiě)器的天線發(fā)射連續(xù)無(wú)線電波至標(biāo)簽，采集設(shè)備采集標(biāo)簽的反射信號(hào)，建立該反射信號(hào)的極坐標(biāo)，極坐標(biāo)包括X軸和Y軸，X軸代表同相I分量，Y軸代表正交Q分量，同相I分量和正交Q分量組成IQ數(shù)據(jù)；采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位值； 定位單元，用于通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的定位裝置，其特征在于，所述采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位信息，包括 根據(jù)選擇條件選擇k個(gè)最近鄰居節(jié)點(diǎn)聚類(lèi)算法、k均值聚類(lèi)算法、支持向量機(jī)聚類(lèi)算法中的其中一種聚類(lèi)算法，采用該選擇的聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得相位值； 其中，所述選擇條件包括最終聚類(lèi)結(jié)果在2-4個(gè)類(lèi)別，聚類(lèi)后異常值最少，聚類(lèi)后相位角波動(dòng)范圍最小。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的定位裝置，其特征在于，所述計(jì)算相位值具體為 Al、預(yù)置i=l，預(yù)置η的值，η取值范圍20-50 ； Α2、讀寫(xiě)器的天線通過(guò)發(fā)射第i次連續(xù)無(wú)線電波采集標(biāo)簽的第i次反射信號(hào)，建立該第i次反射信號(hào)的極坐標(biāo)，極坐標(biāo)包括X軸和Y軸，X軸代表同相I分量，Y軸代表正交Q分量，同相I分量和正交Q分量組成第i次IQ數(shù)據(jù)；采用聚類(lèi)算法對(duì)第i次IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，獲得第i次相位值； A3、判斷i是否等于n，如果是，繼續(xù)步驟A4，否則，i=i+l，繼續(xù)步驟A2 ； A4、對(duì)η次相位值取平均值。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的定位裝置，其特征在于，在所述采用聚類(lèi)算法對(duì)IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算之前，還包括去除IQ數(shù)據(jù)中的異常點(diǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的定位裝置，其特征在于 所述通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算 =ηλ+Φ/2π λ ;D為讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，λ為連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，波長(zhǎng)通過(guò)連續(xù)無(wú)線電波的頻率計(jì)算得到，Φ為相位值。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的定位裝置，其特征在于 所述定位裝置為單天線模式的定位裝置時(shí) 計(jì)算出相位值具體為，讀寫(xiě)器的天線向標(biāo)簽先后發(fā)射兩種頻率的連續(xù)無(wú)線電波，計(jì)算出兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)這兩種頻率的相位值； 通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算 =ηλ1+Φ1/2 3 A1, =ηλ2+Φ2/2η入2，D為讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，入i和λ 2為先后發(fā)射連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，這兩個(gè)波長(zhǎng)通過(guò)先后發(fā)射的連續(xù)無(wú)線電波的兩次頻率計(jì)算得到，O1和Φ2為兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)這兩種頻率的相位值。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的定位裝置，其特征在于 所述定位裝置為雙天線模式的定位裝置時(shí) 計(jì)算出相位值具體為，讀寫(xiě)器的兩個(gè)天線向標(biāo)簽發(fā)射相同頻率的連續(xù)無(wú)線電波，計(jì)算出兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)天線的相位值； 通過(guò)計(jì)算出的相位值計(jì)算讀寫(xiě)器的天線與標(biāo)簽的距離，采用以下公式計(jì)算D1=Ii λ +Φ,/2 3 λ，D2=n λ +Φ2/2 π λ，S2=D1WD22ID1D2COS Δ s’ D1 和 D2 分別為兩個(gè)天線與標(biāo)簽的距離，η為波長(zhǎng)的倍數(shù)，λ為連續(xù)無(wú)線電波的波長(zhǎng)，這個(gè)波長(zhǎng)發(fā)射的連續(xù)無(wú)線電波的頻率計(jì)算得到，O1和Φ2為兩個(gè)天線的相位值，s表示兩個(gè)天線的距離，△ s表示標(biāo)簽到兩個(gè)天線的平面夾角。
全文摘要
本發(fā)明涉及普適計(jì)算領(lǐng)域，尤其涉及基于被動(dòng)式無(wú)線射頻識(shí)別標(biāo)簽相位信息的定位方法及裝置，該方法采用了細(xì)粒度的定位參數(shù)—基于物理層的相位信息實(shí)現(xiàn)對(duì)被動(dòng)式RFID系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，引入多種聚類(lèi)方法，通過(guò)比較各種不同情況選擇最優(yōu)的聚類(lèi)方法獲取RFID反射的無(wú)線電波的精確的相位值，同時(shí)對(duì)相位值進(jìn)行處理，減少相位計(jì)算誤差，提高靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下的定位精度，本發(fā)明適用于單天線、雙天線及多天線等多種應(yīng)用場(chǎng)景，解決了傳統(tǒng)方法中僅使用單一方法造成的應(yīng)用場(chǎng)景不符的誤差，從側(cè)面提高了定位精度。
文檔編號(hào)G01S5/02GK102998654SQ20121048352
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者趙弋洋, 楊錚, 劉云浩 申請(qǐng)人:無(wú)錫儒安科技有限公司