一种高精度低频定位装置及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种高精度低频定位装置及其方法，包括信息处理中心、调制解调单元、天线矩阵、数据采集单元和电子标签。其工作原理如下：信息处理中心通过调制解调单元驱动天线矩阵，天线矩阵再发射射频功率将被动式的低频RFID的电子标签激活。电子标签的返回信号经调制解调单元放大后，由数据采集单元对被放大的信号进行采样，然后数据采集单元计算天线矩阵中各个接收天线拾取的电子标签的编码信息和信号强度，并将编码信息和信号强度发送给信息处理中心。信息处理中心根据接收到的编码信息和信号强度计算出该电子标签在天线矩阵中的坐标信息。
【专利说明】一种高精度低频定位装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及射频识别领域，具体地说，特别涉及到一种高精度低频定位装置及其 方法。
【背景技术】
[0002] 目前使用RFID技术进行定位已经进入了商业化应用阶段，各种RFID技术都有自 身优势和劣势。低频RFID技术具有较强的穿透力，辐射范围比较恒定，但是通信速率较低； 高频RFID技术通信速率较高，辐射范围比较恒定，但是穿透力稍差，不太适合地埋式应用； 超高频RFID技术通信距离较远，但是辐射范围比较难以控制，很难应用于近距离精确定位 的场合。
[0003] 另外，目前市场上基于低频RFID方案的定位设备的精度无法做到厘米级。
【发明内容】
[0004] 本发明实际需要解决的技术问题是：针对现有技术中的不足，提供一种高精度低 频定位装置及其方法，采用矩阵式天线阵列，结合阵列天线切换技术、标签信号强度采集及 电子标签位置信息融合算法，实现了厘米级的定位精度。
[0005] 本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
[0006] -种高精度低频定位装置，包括信息处理中心、调制解调单元、天线矩阵、数据采 集单元和电子标签；
[0007] 其中，所述的信息处理中心作为控制中心，用于根据接收到电子标签的信号强弱 计算出该电子标签在天线矩阵中的坐标信息；
[0008] 所述的调制解调单元用于驱动天线矩阵激活电子标签，并能放大电子标签反馈的 编码信息和信号强度；
[0009] 所述的天线矩阵包括用于激活电子标签的发射天线、以及设置于发射天线内部用 于接收电子标签返回数据的若干接收天线；
[0010] 所述的数据采集单元的信息输入端与调制解调单元连接，数据采集单元的信息输 出端与信息处理中心连接，用于接收放大后的编码信息和信号强度并将其发送给信息处理 中心。
[0011] 进一步的，所述的发射天线包括载波信号源、功率放大器和阻抗匹配网络；所述的 载波信号源用于提供基准载波源，其信号输出端连接功率放大器，所述的功率放大器还与 信息处理中心连接，信息处理中心控制功率放大器的输出功率的增益和控制发送的命令， 功率放大器的信号输出端通过阻抗匹配网络与天线矩阵通信连接。功率放大器的信号输出 端通过阻抗匹配网络与天线矩阵通信连接。
[0012] 进一步的，所述的接收天线具有带通滤波器，所述带通滤波器与调制解调单元连 接，用于对接收天线接收的信号进行选频，并将其发送给调制解调单元。
[0013] 进一步的，所述的调制解调单元包括信号放大器和解调信号单元；所述的信号放 大器与带通滤波器连接，用于放大信号使其达到数据采集单元的有效输入范围。
[0014] 上述装置的定位方法的具体步骤如下：
[0015] 1)信息处理中心通过调制解调单元驱动天线矩阵，天线矩阵再发射射频功率将被 动式的低频RFID的电子标签激活；
[0016] 2)电子标签的返回信号经调制解调单元放大后，由数据采集单元对被放大的信号 进行采样，然后数据采集单元计算天线矩阵中各个接收天线拾取的电子标签的编码信息和 信号强度，并将编码信息和信号强度发送给信息处理中心；
[0017] 3)信息处理中心根据接收到的编码信息和信号强度计算出该电子标签在天线矩 阵中的坐标信息。
[0018] 上述方法的具体算法如下：
[0019] 首先，对整个天线矩阵建立归一化的坐标系，X轴为横坐标，y轴为纵坐标，左下 角为坐标系原点，天线矩阵的按照如下4X4矩阵进行布局；
【权利要求】
1. 一种高精度低频定位装置，其特征在于：包括信息处理中心、调制解调单元、天线矩 阵、数据采集单元和电子标签； 其中，所述的信息处理中心作为控制中心，用于根据接收到电子标签的信号强弱计算 出该电子标签在天线矩阵中的坐标信息； 所述的调制解调单元用于驱动天线矩阵激活电子标签，并能放大电子标签反馈的编码 信息和信号强度； 所述的天线矩阵包括用于激活电子标签的发射天线、以及设置于发射天线内部用于接 收电子标签返回数据的若干接收天线； 所述的数据采集单元的信息输入端与调制解调单元连接，数据采集单元的信息输出 端与信息处理中心连接，用于接收放大后的编码信息和信号强度并将其发送给信息处理中 心。
2. 根据权利要求1所述的高精度低频定位装置，其特征在于：所述的发射天线包括载 波信号源、功率放大器和阻抗匹配网络；所述的载波信号源用于提供基准载波源，其信号输 出端连接功率放大器，所述的功率放大器还与信息处理中心连接，信息处理中心控制功率 放大器的输出功率的增益和控制发送的命令，功率放大器的信号输出端通过阻抗匹配网络 与天线矩阵通信连接。
3. 根据权利要求1所述的高精度低频定位装置，其特征在于：所述的接收天线具有带 通滤波器，所述带通滤波器与调制解调单元连接，用于对接收天线接收的信号进行选频，并 将其发送给调制解调单元。
4. 根据权利要求1所述的高精度低频定位装置，其特征在于：所述的调制解调单元包 括信号放大器和解调信号单元；所述的信号放大器与带通滤波器连接，用于放大信号使其 达到数据采集单元的有效输入范围。
5. -种如权利要求1所述的高精度低频定位装置的定位方法，其特征在于：包括如下 步骤： 1) 信息处理中心通过调制解调单元驱动天线矩阵，天线矩阵再发射射频功率将被动式 的低频RFID的电子标签激活； 2) 电子标签的返回信号经调制解调单元放大后，由数据采集单元对被放大的信号进行 采样，然后数据采集单元计算天线矩阵中各个接收天线拾取的电子标签的编码信息和信号 强度，并将编码信息和信号强度发送给信息处理中心； 3) 信息处理中心根据接收到的编码信息和信号强度计算出该电子标签在天线矩阵中 的坐标信息。
6. 根据权利要求1所述的高精度低频定位装置的定位方法，其特征在于：所述步骤3) 中的坐标信息具体计算过程如下： 首先，对整个天线矩阵建立归一化的坐标系，X轴为横坐标，y轴为纵坐标，左下角为坐 标系原点，天线矩阵的按照如下4X4矩阵进行布局；
采用归一化的X坐标和y坐标表示电子标签在整个天线矩阵中的位置信息，并建立复 杂的电子标签位置信息融合算法； 第一步，定义X坐标和y坐标的计算系数矩阵，A矩阵是X坐标的计算系数矩阵，B矩阵 是y坐标的计算系数矩阵；A矩阵和B矩阵中的系数需要根据天线形状和参数进行校正；
第二步，将各个天线采集的电子标签数据进行组合，建立起S矩阵；
第三步，对S矩阵的原始数据进行归一化变换，变换后的数据可以直接参与计算，根据 变换后的数据可以建立起Sk矩阵；
第四步，采用A矩阵和B矩阵，根据下述两个计算公式可以分别计算出x坐标 (xl, x2, x3, x4)和y坐标（yl, y2, y3, y4) ;x坐标和y坐标的计算方法基本一致，采用不同 的矩阵系数；
第五步，采用下述两个计算公式，可以分别计算出X坐标和y坐标；式中 xn, x12, x13, x14, yn, y12, y13, y14分别是计算系数，η为计算指数； χ = [χη X xl Λη+χ12 X χ2 Λ η+χ13Χ χ3 Λη+χ14Χ χ4 Λ η] y = [ynXyl An+yi2><y2An+y13Xy3An+y 14Xy4An] 第六步，根据上述公式计算出的X坐标和y坐标，进行反归一化操作，即可以计算出实 际坐标信息。
【文档编号】G01S5/06GK104111444SQ201410321651
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】皱立明, 孙传奇, 钱文武 申请人:上海普阅信息科技有限公司