一种基于标签反向定位的RFID阅读器天线定位方法与流程

本发明涉及射频标签系统领域和无线定位领域，更具体涉及一种基于标签反向定位的RFID阅读器天线定位方法。

背景技术：

射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是利用射频信号，通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递，并通过所传递的信息实现识别和数据交换功能的自动识别系统，其工作原理是：标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(即Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(即Active Tag，有源标签或主动标签),阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

射频识别技术比较于其它技术，其最明显的优点是电子标签和阅读器无需接触便可完成识别。它的出现改变了条形码依靠“有形”的一维或二维几何图案来提供信息的方式，通过芯片来提供存储在其中的数量巨大的“无形”信息。它所具有的强大优势会极大地提高信息的处理效率和准确度。射频识别技术应用范围广，遍及制造、物流、医疗、运输、零售、国防等。目前用途最普遍为图书馆书籍管理以及大型超市商品管理(如沃尔玛等)。

在现有的通过射频识别技术进行标签定位的方法中，设计者默认设定阅读器天线的位置是已知且固定的。然而，这样的假设在实际应用中并不合理。这是因为在实际应用中，部署阅读器和天线的人员大部分是缺乏专业知识的工人，他们无法帮助系统设计者去配置系统中 天线的位置或者根据系统的精确要求部署天线。另外，尽管大部分情况下天线在部署之后会保持静止，但是仍然会出现由于搭载物(书架、货架等)的重新布置甚至是轻微移动而导致天线的位置变化，这使得天线位置的自动更新成为必要。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何根据实际情况自动更新天线位置。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于标签反向定位的RFID阅读器天线定位方法，所述方法包括以下步骤：

S1、设置天线和多个标签，所述天线包括一参考天线和多个待定位天线；

S2、获取多个标签分别于所述参考天线以及多个待定位天线之间直线位置发生变化的时间点；

S3、计算所述参考天线与与其相邻的所述待定位天线之间的距离以及两个所述待定位天线之间的距离；

S4、根据步骤S3计算得到的距离标定各个所述待定位天线位置；

S5、根据待定位天线与所述参考天线的距离，计算对应的所述待定位天线的误差弥补值；

S6、将各个所述待定位天线与所述参考天线的距离与对应的所述误差弥补值相加，得到各个所述待定位天线的当前位置。

优选地，所述步骤S3中，按照下面公式计算所述参考天线与与其相邻的所述待定位天线之间的距离以及两个所述待定位天线之间的距离：

$\left|R_{{\mathrm{ANT}}_i,{\mathrm{ANT}}_j,{\mathrm{TAG}}_k}\right|=\frac{\left|I_{H_{{\mathrm{ANT}}_i,{\mathrm{TAG}}_k},H_{{\mathrm{ANT}}_j,{\mathrm{TAG}}_k}}\right|}{\mathrm{\γ}}$

其中，γ∈(0,1)是信号特征参数；表示用第k个标签 TAG_k计算出来的第i个天线ANT_i到第j个天线ANT_j的距离；表示第k个标签TAG_k与第i个天线ANT_i之间直线位置发生变化的时间点；表示第k个标签TAG_k与第j个天线ANT_j之间直线位置发生变化的时间点；表示人或物体从时间点到行走的距离。

优选地，所述步骤S6中，按照下面公式计算所述误差弥补值：

$e_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^N{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{K_{i,j}}(R_{i,j,k}-d_{i,j})}{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^N{K}_{i,j}}$

其中，e_i为第i个所述天线ANT_i对应的所述误差弥补值；d_i,j＝p_i-p_j为第i个所述天线ANT_i与第j个所述天线ANT_j的距离矢量；K_i，j为对于为第i个所述天线ANT_i与第j个所述天线ANT_j的距离的测量次数；R_i,j,k为所述K_i,j次测量中第k次测量的距离值，N为除去第i个所述天线ANTi后的所有的天线的总个数。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于标签反向定位的RFID阅读器天线定位方法，本发明基于标签反向定位，实现实时的天线位置更新，并且在部署时无需在进行额外的位置测量即可确定天线位置图，为后续标签精确定位功能提供基础和保证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种基于标签反向定位的RFID阅读器天线定位方 法流程图；

图2为利用本发明的方法进行天线位置更新的操作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

一种基于标签反向定位的RFID阅读器天线定位方法，如图1所述，所述方法包括以下步骤：

S1、设置天线和多个标签，所述天线包括一参考天线和多个待定位天线；

S2、获取多个标签分别于所述参考天线以及多个待定位天线之间直线位置发生变化的时间点；

S3、计算所述参考天线与与其相邻的所述待定位天线之间的距离以及两个所述待定位天线之间的距离；

S4、根据步骤S3计算得到的距离标定各个所述待定位天线位置；

S5、根据待定位天线与所述参考天线的距离，计算对应的所述待定位天线的误差弥补值；

S6、将各个所述待定位天线与所述参考天线的距离与对应的所述误差弥补值相加，得到各个所述待定位天线的当前位置。

所述步骤S3中，按照下面公式计算所述参考天线与与其相邻的所述待定位天线之间的距离以及两个所述待定位天线之间的距离：

$\left|R_{{\mathrm{ANT}}_i,{\mathrm{ANT}}_j,{\mathrm{TAG}}_k}\right|=\frac{\left|I_{H_{{\mathrm{ANT}}_i,{\mathrm{TAG}}_k},H_{{\mathrm{ANT}}_j,{\mathrm{TAG}}_k}}\right|}{\mathrm{\γ}}$

其中，γ∈(0,1)是信号特征参数；表示用第k个标签TAG_k计算出来的第i个天线ANT_i到第j个天线ANT_j的距离；表示第k个标签TAG_k与第i个天线ANT_i之间直线位置发生变化的时间点；表示第k个标签TAG_k与第j个天线ANT_j之间直线位置 发生变化的时间点；表示人或物体从时间点到行走的距离。

所述步骤S6中，按照下面公式计算所述误差弥补值：

$e_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^N{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{K_{i,j}}(R_{i,j,k}-d_{i,j})}{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^N{K}_{i,j}}$

其中，e_i为第i个所述天线ANT_i对应的所述误差弥补值；d_i,j＝p_i-p_j为第i个所述天线ANT_i与第j个所述天线ANT_j的距离矢量；K_i，j为对于为第i个所述天线ANT_i与第j个所述天线ANT_j的距离的测量次数；R_i,j,k为所述K_i,j次测量中第k次测量的距离值。

该方法基于使用无线射频标签进行定位的一个特点进行设计。在无线射频标签定位技术中，天线的位置往往不需要确切知晓，而仅仅需要知道天线之间的相对位置即可。更进一步的，当需要确切知晓所有天线确切位置时，部署、配置某一个特定天线(如固定在墙壁上的天线)会比确定所有天线的位置更简单。因此，本方法通过不同天线接收到的标签的位置信息，反向确定天线之间的相互位置关系，从而获取全局的天线相对位置配置图。

本发明的方法具体原理如下：当天线对附着于物体上的标签进行识别时，天线可以获取该标签传输回来的射频信号的一些属性，如信号强度、多普勒频移等。通过这些射频信号属性，天线可以确定与标签之间的位置关系(距离、方向等)。根据多个天线与多个标签之间两两位置关系，计算出天线之间两两的位置关系，从而计算出所有天线的相对位置图。

本发明与以往在部署时直接测量天线位置的方法的区别在于，部署时测量的方法需要专业人员在硬件部署后进行测量和配置，而在天线位置发生移动时无法及时知晓天线位置的移动，影响后续标签定位工作的精确度，更新天线位置还需要再次进行人工测量和配置，工作 量大。

本发明中以标签传输回来的射频信号产生的多普勒频移为例进行描述。当人或物体从天线和标签之间经过时，天线接收到的标签信号产生多普勒频移，从而可以获知标签、人和天线处于同一直接。该位置关系将被用于后续的天线位置定位。

假设有N个阅读器天线顺次部署在通道一侧，同时有M个射频识别标签放置在通道另一侧(如货架两侧，一侧放置一排天线，一侧货架上放置贴附射频标签的货物)。M个标签分别标记为TAG₀，TAG₁，…，TAG_M-1。类似的，天线分别被标记为ANT₀，ANT₁，…，ANT_N-1。特别的，天线ANT₀被被固定在过道的最开端(如货架的一头)用作参考天线。当一个人在过道中走动时，天线接收到的标签信号由于其经过标签TAG_i和天线ANT_i的直线位置发生变化，该变化点的时间记录为H_ANTi；TAGj。因此，当人在通道中走动时，后台服务器会获取一系列的这种时间节点{H_ANTi；TAGj|i＝0,1,…,N-1；j＝0,1,…,M-1}。我们用I_t1,t2表示用惯导方式测量出来的人从时间节点t1到t2行走的距离，以及用R_{ANTi,ANTj,TAGk}表示用标签TAG_k计算出来的ANT_i到ANT_j的距离，根据下面公式进行计算：

$\left|R_{{\mathrm{ANT}}_i,{\mathrm{ANT}}_j,{\mathrm{TAG}}_k}\right|=\frac{\left|I_{H_{{\mathrm{ANT}}_i,{\mathrm{TAG}}_k},H_{{\mathrm{ANT}}_j,{\mathrm{TAG}}_k}}\right|}{\mathrm{\γ}}$

其中γ∈(0,1)是一个跟实验相关的参数，取决于使用的信号特征。使用上述公式，我们可以计算出所有天线两两之间关于某个特定标签计算出来的距离。

当人在过道中走动时，通过上述公式可以计算出多对天线的相对距离。当参与计算距离的天线集覆盖了所有待定位的天线时，就开始进行天线位置图的绘制。

初始化时，假设所有天线的位置都在天线ANT₀处重叠。由于ANT₀固定在通道一端，先通过所有获得的从ANT₀开始或者结束的天线对距 离，将相邻的天线根据距离更新在天线位置图上的位置；然后，利用这些已经更新位置的天线及其与相邻天线之间的距离迭代的标记余下的未更新位置的天线知道所有天线的距离都被更新，至此获得最新的阅读器天线位置图。

由于基于惯导方式获得的天线对距离存在误差，仅凭一次的位置更新无法获得精确的天线位置图。为了获得精确的天线位置图，利用最小组合约束，通过人多次通过通道获得的数据进行位置精确定位。

最小组合约束方法描述如下：假设p_i是天线ANT_i当前估计的位置(在本描述中为ANT_i到参考天线ANT₀的距离)。同时d_i,j＝p_i-p_j为天线ANT_i与其相邻天线ANT_j的距离矢量。假设最近的K_i,j次测量被用来进行估算，而R_i,j,k为这K_i,j次测量中第k次测量。则天线ANT_i当前位置的位置误差弥补e_i为：

$e_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^N{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{K_{i,j}}(R_{i,j,k}-d_{i,j})}{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^N{K}_{i,j}}$

根据这个误差弥补，可以将天线ANTi的位置更新为：

p_i＝p_i+e_i

每次人通过过道时候均可以进行一次天线位置图的更新。图2显示当人从过道中通过时，天线位置图的更新情况，可以看出，当人从过道中经过10次时，误差已经非常小，位置图趋向于真值。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。