Rfid設(shè)備、方法和應(yīng)用
【專利說明】RFID設(shè)備、方法和應(yīng)用
【背景技術(shù)】
[0001] 本公開涉及室內(nèi)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)（RTLS)、方法和相關(guān)應(yīng)用。
[0002] 短距離，高精確度定位對(duì)于諸如室內(nèi)導(dǎo)航、體域網(wǎng)（BAN)和無障礙運(yùn)動(dòng)跟蹤等許 多應(yīng)用來說很重要。另一方面，在高效資產(chǎn)管理上應(yīng)用的射頻識(shí)別（RFID)系統(tǒng)的近期發(fā)展 使得低成本和低能耗的RFID標(biāo)簽和相關(guān)設(shè)備得到廣泛可用。在RFID定位方法中，接收信 號(hào)強(qiáng)度（RSS)應(yīng)用范圍很廣，但是受到較差精確度的影響。飛行時(shí)間法（TOF)不適用于短 距離，這是因?yàn)闇y(cè)量較小往返時(shí)間延遲很困難。使用單音載波的基于連續(xù)波（CW)相位的方 法是優(yōu)選的，因?yàn)槠渚哂懈呔_度和簡(jiǎn)單架構(gòu)。
[0003] 然而，在室內(nèi)環(huán)境下，通過反向散射RFID標(biāo)簽進(jìn)行被動(dòng)CW相位定位是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。 在物理上，在辦公室和其他室內(nèi)位置，由多徑干擾引起的相位誤差較為嚴(yán)重。發(fā)射和接收端 之間的較差隔離帶來較強(qiáng)的自干擾，這也會(huì)影響相位檢測(cè)。如果缺乏有效同步解決方案，鄰 近的讀取器也可引起較強(qiáng)干擾。另一個(gè)限制來自于信號(hào)處理。盡管CW是精確的，當(dāng)距離大 于一個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，存在周期模糊性（cycle ambiguity)。為了得到較高精度必須正確地解決周 期整數(shù)。對(duì)于諸如DFCW(雙頻連續(xù)波）等常規(guī)方法，感應(yīng)帶寬受限于：（1)在哪個(gè)讀取范圍 內(nèi)整數(shù)模糊性可得到解決；或（2)具有大相位誤差的窄帶RFID設(shè)備。盡管已經(jīng)提出了具有 諧波生成功能的RFID標(biāo)簽，但所提出的標(biāo)簽無法解決周期模糊性。
[0004] 對(duì)于在室內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行定位，需要精確的，大體上不受多徑干擾的影響的，并且解 決周期模糊性的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本文以下公開了一些用于在室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行定位的系統(tǒng)和方法，這些系統(tǒng)和方法是 精確的，大體上不受多徑干擾的影響，并且解決了周期模糊性。
[0006] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，本公開的方法包括使用由收發(fā)器產(chǎn)生的電磁輻射照亮傳 感器標(biāo)簽；收發(fā)器位于遠(yuǎn)離傳感器標(biāo)簽的地方；傳感器標(biāo)簽包括用于匹配阻抗和生成寬帶 諧波的至少一個(gè)非線性傳輸線（NLTL)，讀取器接收天線的三個(gè)或更多位置的坐標(biāo)是已知 的，從第二諧波的相位和幅度輸出獲得從傳感器標(biāo)簽到三個(gè)或更多天線位置中的每一個(gè)的 距離，并且通過三邊測(cè)量法確定傳感器標(biāo)簽的位置。
[0007] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，本公開的系統(tǒng)包括傳感器標(biāo)簽，收發(fā)器和讀取器。該傳感 器標(biāo)簽具有用于生成寬帶諧波的至少一個(gè)非線性傳輸線（NLTL)，該讀取器包括三個(gè)或更多 天線和至少一個(gè)解調(diào)器，該三個(gè)或更多天線位置的坐標(biāo)是已知的，該至少一個(gè)解調(diào)器提供 收發(fā)器發(fā)射的電磁輻射的主頻率的第二諧波的同相和正交輸出，以及提供從所述三個(gè)或更 多位置中的每一個(gè)到傳感器標(biāo)簽的距離。在一個(gè)實(shí)例中，收發(fā)器被并入讀取器中，并且包括 三個(gè)或更多天線中的一個(gè)或多個(gè)。
[0008] 還公開了其他實(shí)施例。
[0009] 為了更好的理解本教導(dǎo)以及其他和進(jìn)一步的方面，將參考附圖和詳細(xì)描述，其范 圍將由附加的權(quán)利要求指出。
【附圖說明】
[0010] 圖la，Ib和Ic示出了非線性傳輸線（NLTL)的原理；
[0011] 圖2a-2d示出了這些教導(dǎo)的RFID標(biāo)簽的測(cè)量結(jié)果的圖形；
[0012] 圖3示出了本教導(dǎo)的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的原理；
[0013] 圖3a示出了傳統(tǒng)手機(jī)原理框圖；
[0014] 圖3b示出了本教導(dǎo)的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中的通用讀取器的原理框圖；
[0015] 圖3c示出了本教導(dǎo)的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的通用結(jié)構(gòu)的原理框圖；
[0016] 圖4示出了這些教導(dǎo)的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中的元件的原理；
[0017] 圖5a和5b示出了傳統(tǒng)RFID標(biāo)簽和本教導(dǎo)的RFID標(biāo)簽的操作的圖形；
[0018] 圖6示出了本教導(dǎo)的RFID標(biāo)簽的測(cè)距操作的圖形；
[0019] 圖7a示出了這些教導(dǎo)的RFID標(biāo)簽的一個(gè)實(shí)施例的操作的圖形；
[0020] 圖7b示出了這些教導(dǎo)的RFID標(biāo)簽的一個(gè)實(shí)施例中的第二諧波生成的圖形。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下詳細(xì)描述是實(shí)施這些教導(dǎo)的目前認(rèn)為的最好的模式。該描述不應(yīng)被認(rèn)為具有 限制性，而僅僅是用于示出這些教導(dǎo)的一般原理，因?yàn)檫@些教導(dǎo)的范圍已由權(quán)利要求最好 地定義。盡管這些教導(dǎo)已經(jīng)描述了各種實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這些教導(dǎo)還能夠適用于在附 加的權(quán)利要求的精髓和范圍內(nèi)的許多進(jìn)一步的和其他實(shí)施例。
[0022] 如文中所用，單數(shù)形式"一"、"一個(gè)"和"該"包括復(fù)數(shù)的情況，除非上下文另有明 確說明。
[0023] 除另有說明，在說明書和權(quán)利要求中使用的表示原料數(shù)量、反應(yīng)條件等的所有數(shù) 值應(yīng)當(dāng)理解為可由術(shù)語"約"進(jìn)行修改。
[0024] 本文所用的"三邊測(cè)量法"是通過給定的一個(gè)節(jié)點(diǎn)到已知坐標(biāo)的三個(gè)或更多個(gè)其 他節(jié)點(diǎn)的距離而確定該節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的過程（例如，參見Alan Kaminsky，三邊測(cè)量法可從以下 鏈接 http: //www. Cs. rit. edu/ ?ark/543/module05/trilateration. pdf獲得)〇 本文中 三邊測(cè)量法也被稱為三角測(cè)量法。
[0025] 本文所使用的"次諧波"表示中心頻率增加或減少頻率一個(gè)變化量后所得到的頻 率，其中該頻率變化量被限定在圍繞中心頻率的一定帶寬內(nèi)，該帶寬小于中心頻率和最接 近諧波之間的間隔。
[0026] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，本公開的方法包括使用從至少一個(gè)收發(fā)器發(fā)射的電磁輻 射照亮傳感器標(biāo)簽；該收發(fā)器位于遠(yuǎn)離該傳感器標(biāo)簽的地方；該傳感器標(biāo)簽包括用于生成 寬帶諧波的至少一個(gè)非線性傳輸線（NLTL)，在三個(gè)或更多位置接收來自該至少一個(gè)NLTL 的反向散射電磁輻射；該三個(gè)或更多位置的坐標(biāo)是已知的，利用第二諧波和第二諧波的至 少一個(gè)次諧波的相位和幅度輸出，獲得從傳感器標(biāo)簽到三個(gè)或更多位置中的每一個(gè)的距 離，并且采用三邊測(cè)量法確定傳感器標(biāo)簽的位置。
[0027] 在其他實(shí)施例中，本公開的方法包括使用從接收器生成的電磁輻射照亮傳感器標(biāo) 簽；該接收器位于遠(yuǎn)離該傳感器標(biāo)簽的地方；該傳感器標(biāo)簽包括用于匹配阻抗和生成寬帶 諧波的至少一個(gè)非線性傳輸線（NLTL);讀取器接收天線的三個(gè)或更多位置的坐標(biāo)是已知 的，利用第二諧波的相位和幅度輸出，獲得從傳感器標(biāo)簽到三個(gè)或更多天線位置中的每一 個(gè)的距離，并且采用三邊測(cè)量法確定傳感器標(biāo)簽的位置。
[0028] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，本公開的系統(tǒng)包括傳感器標(biāo)簽，至少一個(gè)收發(fā)器和讀取 器。該傳感器標(biāo)簽具有用于生成寬帶諧波的至少一個(gè)非線性傳輸線（NLTL)，該讀取器包括 三個(gè)或更多天線，至少一個(gè)解調(diào)器，和測(cè)距元件，該三個(gè)或更多天線中的每個(gè)天線位于三個(gè) 或更多位置中的一個(gè)位置，該三個(gè)或更多位置的坐標(biāo)是已知的，該至少一個(gè)解調(diào)器提供收 發(fā)器發(fā)射的電磁輻射的主頻率的第二諧波和第二諧波的一個(gè)或多個(gè)次諧波的同相和正交 輸出，該測(cè)距元件被配置為利用第二諧波和一個(gè)或多個(gè)次諧波的同相和正交輸出，提供從 所述三個(gè)或更多位置中的每一個(gè)到傳感器標(biāo)簽的距離。在一個(gè)實(shí)例中，收發(fā)器被并入到讀 取器中，其包括三個(gè)或更多天線中的一個(gè)或多個(gè)天線。
[0029] 在其他實(shí)施例中，本公開的系統(tǒng)包括傳感器標(biāo)簽，收發(fā)器和讀取器。該傳感器標(biāo)簽 具有用于生成寬帶諧波的至少一個(gè)非線性傳輸線（NLTL)，該讀取器包括三個(gè)或更多天線和 至少一個(gè)解調(diào)器，該三個(gè)或更多位置的坐標(biāo)是已知的，該至少一個(gè)解調(diào)器提供收發(fā)器發(fā)射 的電磁輻射的主頻率的第二諧波的同相和正交輸出，以及提供從所述三個(gè)或更多位置中的 每一個(gè)到傳感器標(biāo)簽的距離。在一個(gè)實(shí)例中，收發(fā)器被并入到讀取器中，其包括三個(gè)或更多 天線中的一個(gè)或多個(gè)天線。
[0030] 在一個(gè)非限制性的實(shí)施例中，本公開提供一種使用諧波RFID標(biāo)簽在室內(nèi)環(huán)境中 進(jìn)行定位的系統(tǒng)和方法，其通過測(cè)量多個(gè)頻率的連續(xù)波（CW)相位信息因而具有毫米級(jí)的 精確度。通過使用非線性傳輸線（NLTL)，可以在反向散射期間被動(dòng)地生成第二諧波（SH)， 比其他方案（例如使用分立二極管）具有更高效率。從SH獲得相位信息，解決了在傳統(tǒng)反 向散射RFID標(biāo)簽中由發(fā)射和反射信號(hào)引起的多徑干擾，這樣的多徑干擾往往限制了室內(nèi) 應(yīng)用。N