而且準(zhǔn)確性也很高。
[0046] 下面，將以一款螺旋彈簧對(duì)稱(chēng)陣子天線為例子，來(lái)說(shuō)明RFID標(biāo)簽天線仿真數(shù)據(jù)選 取和訓(xùn)練過(guò)程。
[0047] 在模型輸入節(jié)點(diǎn)采集步驟中，如圖2所示，首先，選擇樣本輪胎，對(duì)所述樣本輪胎 測(cè)試導(dǎo)電性及介電性；樣本輪胎分別由不同配方的橡膠材料進(jìn)行混煉、硫化制作，因?yàn)椴煌?配方的橡膠材料制作的輪胎相應(yīng)的導(dǎo)電性以及介電參數(shù)也隨之改變，本步驟通過(guò)選擇采集 不同導(dǎo)電性以及介電參數(shù)的樣本進(jìn)行訓(xùn)練，以獲得足夠的數(shù)據(jù)訓(xùn)練出讀寫(xiě)器的讀取距離與 輪胎材料相關(guān)度。
[0048] 其次，將RFID標(biāo)簽植入所述樣本輪胎內(nèi)，記錄植入深度、植入位置、標(biāo)簽長(zhǎng)度。
[0049] 再次，根據(jù)所植入的樣本輪胎的導(dǎo)電及介電常數(shù)，對(duì)RFID輪胎進(jìn)行仿真，并根據(jù) 仿真結(jié)果在RFID模塊植入橡膠材料之間進(jìn)行天線參數(shù)調(diào)整。針對(duì)RFID標(biāo)簽植入輪胎的位 置結(jié)構(gòu)，利用電磁仿真軟件進(jìn)行建模，仿真RFID標(biāo)簽的性能參數(shù)。
[0050] 在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立步驟中，確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)。輸出節(jié)點(diǎn)即 我們需要的在特定功率下，閱讀器的實(shí)際閱讀距離。而輸入節(jié)點(diǎn)則為影響讀取距離的所有 關(guān)鍵因素，包括某款天線的性能關(guān)鍵參數(shù)：螺旋線臂長(zhǎng)L，螺旋線半徑r，螺旋升角A。還有 影響輪胎材料的介電常數(shù)的因素：工作頻率f，溫度T，炭黑含量C，植入深度D，螺旋彈簧天 線的具體參數(shù)尺寸圖見(jiàn)圖1。
[0051] 測(cè)量變化范圍，通過(guò)上步驟的參數(shù)及性能測(cè)試可以確定影響閱讀器讀取距離的參 數(shù)變化范圍，在這一變化范圍內(nèi)，找出有限的樣本點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行仿真，得到訓(xùn)練數(shù)據(jù)。其中， L步進(jìn)尺寸為3mm,A步進(jìn)尺寸為2deg,r步進(jìn)尺寸為0.lmm,工作頻率f步進(jìn)尺寸為2MHz,T 的步進(jìn)尺寸為4攝氏度，植入深度為1mm，炭黑含量為1份（1% ).這樣就得到了 6000000 組。從中可以選擇100組，進(jìn)行輪胎植入，測(cè)試出特定功率下的實(shí)際閱讀距離，以作為天線 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本（為了方便起見(jiàn)，可以適度增加步進(jìn)尺度，縮小取值樣本組數(shù)）。這樣 就得到天線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。如表1所示：
[0052]
[0053]
[0054] 表 1
[0055] 根據(jù)得到的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，進(jìn)行天線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始化，所述預(yù)測(cè)模型訓(xùn)練步驟中包括 以下子步驟：
[0056] S21、初始化步驟，對(duì)權(quán)值矩陣W、V賦隨機(jī)數(shù)，將樣本模式計(jì)數(shù)器和訓(xùn)練次數(shù)計(jì)數(shù) 器q置為1，誤差E置為0,學(xué)習(xí)率τι設(shè)為（0，1]區(qū)間內(nèi)的小數(shù)，期望誤差E_設(shè)為正值；
[0057] S22、將訓(xùn)練樣本輸入所述預(yù)測(cè)模型，計(jì)算各層輸出：用當(dāng)前訓(xùn)練樣本的RFID標(biāo)簽 的性能參數(shù)和實(shí)際閱讀距離分別對(duì)向量數(shù)組X、d賦值，計(jì)算預(yù)測(cè)模型的隱含層輸出Y和輸 出層輸出〇中各分量，對(duì)于RFID標(biāo)簽螺旋天線來(lái)說(shuō)，其輸入層有7個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別是：L，A，r， T，D，C和f，對(duì)應(yīng)輸入層X(jué)l~X7。d為所有的影響讀取距離參數(shù)取值后，特定功率的閱讀器 所讀取的實(shí)際閱讀距離。
[0058]
[0059]
[0060] 其中，％是預(yù)測(cè)模型輸出的閱讀距離預(yù)測(cè)值，是隱含層輸出，為計(jì)算的中間值，f(X)是轉(zhuǎn)移函數(shù)，U是隱含層權(quán)值，ω是輸出層權(quán)值，i為輸入層的層數(shù)，j為隱含層的層 數(shù)，k為輸出層的層數(shù)。
[0061] 訓(xùn)練采用三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)訓(xùn)練-驗(yàn)證-增加1-2個(gè)隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)一再 訓(xùn)練一再驗(yàn)證來(lái)確定中間隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)目，直到網(wǎng)絡(luò)誤差達(dá)到最小時(shí)結(jié)束。由此經(jīng)過(guò)多次 的篩選，確定ANN的隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)。
[0062] 在步驟S2中，對(duì)所述RFID標(biāo)簽的性能參數(shù)分別在合理的范圍內(nèi)選取若干個(gè)值， 組合成若干組輸入節(jié)點(diǎn)時(shí)，固定其中6個(gè)參數(shù)，另外1個(gè)參數(shù)變化進(jìn)行組合輸入節(jié)點(diǎn)組，利 用單一變量的方法分別研究了輪胎材料的介電性能，輪胎的鋼絲簾布結(jié)構(gòu)對(duì)植入輪胎RFID 標(biāo)簽螺旋天線的影響，利用輪胎整體結(jié)構(gòu)和螺旋天線的仿真模型綜合分析了這些因素對(duì)螺 旋天線性能的影響，此方法為輪胎RFID標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了重要的參考價(jià)值。
[0063]S23、計(jì)算預(yù)測(cè)模型總誤差E,&，為：
[0064]
[0065]其中，p為訓(xùn)練樣本編號(hào)；
[0066] S24、將預(yù)測(cè)模型總誤差E,&與期望誤差E_相比較，若預(yù)測(cè)模型總誤差E大于期 望誤差E_，則調(diào)整隱含層權(quán)值υ和輸出層權(quán)值ω，重新計(jì)算預(yù)測(cè)模型輸出，通過(guò)大量的實(shí) 際數(shù)據(jù)對(duì)仿真模型進(jìn)行校正，并在給定標(biāo)簽的形式下，預(yù)測(cè)出標(biāo)簽不同參數(shù)下對(duì)應(yīng)的閱讀 距離。
[0067] 作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，所述步驟S24中，調(diào)整隱含層權(quán)值υ和輸出層權(quán)值ω的 方法為：
[0068] 分別計(jì)算隱含層誤差<和輸出層誤差$ :
[0069]
[0071] 隱含層權(quán)值的調(diào)節(jié)幅度為：
[0072]
[0073] 輸出層權(quán)值的調(diào)節(jié)幅度為：
[0074]
[0075] 本發(fā)明在前期研究的基礎(chǔ)上，提出在超高頻環(huán)境下研究輪胎橡膠導(dǎo)電性能及介電 常數(shù)特性及其對(duì)植入橡膠復(fù)合材料的RFID天線的影響，探求通過(guò)調(diào)整橡膠配方，設(shè)計(jì)一種 具有特定導(dǎo)電特性及介電常數(shù)的橡膠復(fù)合材料作為信號(hào)傳輸改善層，該層材料具有較高的 電阻率和較小的介電常數(shù)，能夠增加超高頻RFID信號(hào)的傳輸距離，滿(mǎn)足植入橡膠復(fù)合體的 性能要求。研究橡膠復(fù)合材料導(dǎo)電系數(shù)與介電常數(shù)對(duì)射頻信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，研究RFID天線 植入輪胎后的匹配關(guān)系，優(yōu)化射頻天線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)輪胎RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
[0076] 當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā) 明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種RFID標(biāo)簽天線優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 、模型輸入節(jié)點(diǎn)采集步驟，包括： (11) 、選擇樣本輪胎，對(duì)所述樣本輪胎測(cè)試導(dǎo)電性及介電性； (12) 、將RFID標(biāo)簽植入所述樣本輪胎內(nèi)，記錄植入深度、植入位置、標(biāo)簽長(zhǎng)度、閱讀器 發(fā)射功率，測(cè)量實(shí)際閱讀距離； (13) 、按照RFID標(biāo)簽植入輪胎的位置結(jié)構(gòu)進(jìn)行電磁仿真，計(jì)算輸出RFID標(biāo)簽的性能參 數(shù)，所述RFID標(biāo)簽的性能參數(shù)至少包括：螺旋線臂長(zhǎng)，螺旋線半徑，螺旋升角，工作頻率，溫 度，炭黑含量，植入深度； (2) 、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立步驟，以所述RFID標(biāo)簽的性能參數(shù)作為輸入節(jié)點(diǎn)，實(shí)際閱讀距 離作為輸出節(jié)點(diǎn)，建立起基本的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)作為預(yù)測(cè)模型； (3) 、RFID標(biāo)簽天線優(yōu)化步驟，對(duì)所述RFID標(biāo)簽的性能參數(shù)分別在合理的范圍內(nèi)選取 若干個(gè)值，組合成若干組輸入節(jié)點(diǎn)，將所述若干組輸入節(jié)點(diǎn)分別輸入所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，相 應(yīng)計(jì)算輸出，即閱讀器的預(yù)測(cè)閱讀距離，從若干組預(yù)測(cè)閱讀距離中選擇出最大預(yù)測(cè)閱讀距 離，以所述最大預(yù)測(cè)閱讀距離所對(duì)應(yīng)輸入節(jié)點(diǎn)內(nèi)RFID標(biāo)簽的性能參數(shù)制作RFID標(biāo)簽。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFID標(biāo)簽天線優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟（2)中包括 以下子步驟： (21) 、初始化步驟，對(duì)權(quán)值矩陣W、V賦隨機(jī)數(shù)，將樣本模式計(jì)數(shù)器和訓(xùn)練次數(shù)計(jì)數(shù)器q 置為1，誤差E置為0,學(xué)習(xí)率ri設(shè)為（0，1]區(qū)間內(nèi)的小數(shù)，期望誤差E_設(shè)為正值； (22) 、將訓(xùn)練樣本輸入所述預(yù)測(cè)模型，計(jì)算各層輸出：用當(dāng)前訓(xùn)練樣本的RFID標(biāo)簽的 性能參數(shù)和實(shí)際閱讀距離分別對(duì)向量數(shù)組X、d賦值，計(jì)算預(yù)測(cè)模型的隱含層輸出Y和輸出 層輸出〇中各分量，其中，（\是預(yù)測(cè)模型輸出的閱讀距離預(yù)測(cè)值，Y.,是隱含層輸出，為計(jì)算的中間值，f(x) 是轉(zhuǎn)移函數(shù)，u是隱含層權(quán)值，ω是輸出層權(quán)值，i為輸入層的層數(shù)，j為隱含層的層數(shù)，k 為輸出層的層數(shù)； (23) 、計(jì)算預(yù)測(cè)模型總誤差E,&，為：其中，P為訓(xùn)練樣本編號(hào)； (24) 、將預(yù)測(cè)模型總誤差E,&與期望誤差E_相比較，若預(yù)測(cè)模型總誤差E 大于期望誤 差E_，則調(diào)整隱含層權(quán)值υ和輸出層權(quán)值ω，重新計(jì)算預(yù)測(cè)模型輸出。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的RFID標(biāo)簽天線優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟（24)中，調(diào) 整隱含層權(quán)值υ和輸出層權(quán)值ω的方法為： 分別計(jì)算隱含層誤差考和輸出層誤差:和；隱含層權(quán)值的調(diào)節(jié)幅度為：輸出層權(quán)值的調(diào)節(jié)幅度為：
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種RFID標(biāo)簽天線優(yōu)化方法，包括以下步驟：（1）、模型輸入節(jié)點(diǎn)采集步驟，（2）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立步驟，（3）、RFID標(biāo)簽天線優(yōu)化步驟，對(duì)所述RFID標(biāo)簽的性能參數(shù)分別在合理的范圍內(nèi)選取若干個(gè)值，組合成若干組輸入節(jié)點(diǎn)，將所述若干組輸入節(jié)點(diǎn)分別輸入所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，相應(yīng)計(jì)算輸出，即閱讀器的預(yù)測(cè)閱讀距離，從若干組預(yù)測(cè)閱讀距離中選擇出最大預(yù)測(cè)閱讀距離，以所述最大預(yù)測(cè)閱讀距離所對(duì)應(yīng)輸入節(jié)點(diǎn)內(nèi)RFID標(biāo)簽的性能參數(shù)制作RFID標(biāo)簽。本發(fā)明的RFID標(biāo)簽天線優(yōu)化方法，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模預(yù)測(cè)標(biāo)簽性能和讀取距離的方法，使得只需要通過(guò)少量的實(shí)驗(yàn)來(lái)獲取數(shù)據(jù)，便可預(yù)測(cè)所有情況影響讀取距離的參數(shù)組合值，省時(shí)省力，而且準(zhǔn)確性也很高。
【IPC分類(lèi)】G06K9/62
【公開(kāi)號(hào)】CN105426921
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510874588
【發(fā)明人】宋廷強(qiáng), 齊艷麗, 邢照合
【申請(qǐng)人】青島科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月2日