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CN101666878A能提高信噪比与定位精度的无源rfid定位方法与系统[caired.com-彩红网3D模型下载平面素材专利检索网站源码]

本发明涉及一种无源RFID定位方法,包括:阅读器经发送天线发出的射频信号;待定位的无源应答器利用天线接收阅读器发送的射频信号;将接收到的射频信号转换成供给无源应答器工作的直流电压;对天线接收到的信号进行峰值检测,得到信号强度的模拟量;对该模拟量进行AD转换,将检测到的信号峰值幅度所表征信号强度的模拟量转换为数字量;保存表征信号强度的数字量;对将数字量调制后经应答器天线发送给阅读器;由计算机根据阅读器发送出的与其接收到的表征信号强度的两个数字量完成对应答器的定位。本发明同时提供一种实现此方法的定位系统,本发明使无源RFID定位系统的信噪比与定位精度得到大大提高。
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技术领域

本发明适用于近距离或室内空间的定位方法与系统,应用射频识别(RFID, Radio Frequency IDentification)技术完成对物体的定位,涉及一种可以提高信噪比与定位精度 的无源RFID定位方法与系统。

背景技术

移动计算技术和无线局域网技术的飞速发展促进了移动定位技术的突飞猛进。对于 室外定位系统而言,最著名的全球定位系统GPS的应用随处可见,但对于应用于近距离 或室内空间中的定位系统,GPS系统具有明显的局限性,而应用诞生于自动识别领域的 射频识别(RFID)技术进行室内封闭空间中的定位,以其非接触、非视距、定位精度高 且成本低等其他定位技术无可比拟的优势,获得了越来越多人的关注。

在应用RFID技术进行定位的各种方法中, 一种很重要的定位思想是通过获得几组 (通常为3个或以上)阅读器与应答器之间的距离差,然后根据位置已经确定的阅读器 来完成对应答器的定位。在获得距离差进行定位的各种方法中,基于RSSI(Received Signal Strength Indication)接收信号场强衰减映射成距离差的RFID定位方法具有低功率和低成 本的优点,这使得该方法巳用于商业化的定位系统,例如LANDMARC等。

基于RSSI的RFID定位方法所用的应答器可以分为两种:有源应答器和无源应答器。 由于无源应答器具有成本低、结构简单、适用范围广、使用寿命长等一系列有源应答器 不具有的优点,无源应答器在广泛的领域取代有源应答器将成为趋势。基于无源应答器 的RFID系统的基本思想是:应答器自己没有电源,其工作能量需要从阅读器发出的射频 信号中获取。本发明中的电源产生模块正是基于这种能量传递和获取模式实现的。

目前使用无源应答器的RFID定位系统主要采用如下的工作方式:阅读器发出射频信 号,该信号到达应答器,由电源产生模块产生激活应答器工作的电压,应答器再将射频 信号反射回阅读器。如附图1所示,信号在往返过程中经①,②两条路径从而两次衰减, 通过阅读器最终接收到的信号与最初发射的信号相比较,测量信号衰减的程度,根据信 号衰减与传输路程的关系来判定信号往返的路程,从而获得阅读器和应答器之间的距离。 如果阅读器的位置已经确定,则通过3个阅读器与要定位应答器得到相应的3组距离差, 就可以对应答器进行定位,我们把这种定位方法称为:基于RSSI信号到达阅读器的无源 RFID定位,该定位的数据计算可以由相关的定位算法程序完成。它不用改变用于读写识 别的常规阅读器和应答器的硬件结构,只需读取由阅读器发出的信号场强与阅读器最终 接收到的信号场强,由相关定位算法程序通过计算信号传输途中的衰减,最终完成对应 答器的定位。

附图1是基于信号到达的无源RFID定位系统框图,此框图为理想化的系统模型,在此系统中没有考虑阅读器与应答器之间的反射物的干扰对定位结果的影响。下面先对附图1中理想情况下信号到达应答器与反射回阅读器进行一下能量分析:设RFID定位系统

工作在辐射远场区,阅读器的发射功率为Pxx,阅读器发射天线的增益为Gtx, Gtag为应答器天线的增益,R为阅读器到应答器的距离,X为工作波长,则阅读器发射到达应答器

(即应答器接收到)的能量Pmg为i^G,G, (A丫。同理,阅读器接收到应答器反射回

来的能量PRx为^^^1,此时考虑了无源RFID基于反向散射调制,标签天线接收到的功率Ptag将被完全反射,GRx为阅读器接收天线增益。可以看出,在阅读器天线发

射功率一定的条件下,阅读器从应答器得到的反射能量PRX与二者之间距离R的四次方

成反比,下面分两方面分析一下本方法存在的缺点。

(a) 由上面的分析,阅读器从应答器得到的反射能量PRx与二者之间距离R的四次方成反比,因此在阅读器与应答器距离稍远的定位场合,此时R比较大,则与R的四次方成反比后的Prx会很小,即由阅读器最终所接收到的信号场强会很微弱。 一般阅读器为了能实现大动态范围的信号接收,内部都有自动增益控制AGC电路模块,此模块会将接收到的微弱的信号进行放大到适合读取的大小,也会将接收到的很大的信号进行縮小至合适的值。现有的基于RSSI信号到达阅读器定位方法中,当R取较大值而使Prx很小吋,A。C模块会自动将接收到的信号放大,因而计算信号衰减时用到的接收信号的强度值不再真实,从而严重影响定位精度。为了定位结果的真实性与准确性,Prx不宜取太小,因此R值不宜取太大,即现有的基于RSSI信号到达阅读器定位方法中定位距离和范围很受限制。

(b) 下面再对上述现有的基于RSSI信号到达阅读器定位方法中的反射干扰进行一下分析:以附图2为例,设一反射物体,可以是另外的应答器或者其他物体,处于被定位应答器与阅读器的R/2处,这时,阅读器接收到的反射物体的干扰能量PiN为

16^^^,这里其他物体反射取了与应答器相同的反射截面积。比较PRX和P!n可

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