本发明涉及射频技术领域，特别涉及一种基于射频技术的定位系统及方法。
背景技术：
射频识别(Radio Frequcncy Identification，RFID)是一项非接触式自动识别技术，具有能耗低、适应性强、操作快捷等许多优点。近年来，研究的重点转向了超高频段 (UHF，860～960 MHz)，已经有科研人员将提取射频信号到达入射角或相位差作为RFID定位研究的新方向。低信噪比实测环境中提取相位差信息的可行性，但是没有提取出位置信息;现有技术中采取机器学习训练机制对多天线相位差信息进行参数提取，但是仅限用于活动范围较小的医疗跟踪。
技术实现要素：
鉴于此，本发明提供了一种基于射频技术的定位系统及方法，本发明具有有效性高、稳定性好和精度高等优点。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于射频技术的定位系统，其特征在于，所述系统包括：定向耦合器、相位提取预处理电路、数模转换器、射频接收端、射频发射端、振荡器和FPGA；所述振荡器信号连接于射频发射端；所述射频发射端分别信号连接于射频接收端；所述定向耦合器分别信号连接于射频接收端、相位提取预处理电路；所述相位提取预处理电路信号连接于数模转换器；所述数模转换器信号连接于FPGA；所述射频接收端信号连接于FPGA；所述射频发射端信号连接于FPGA。
所述FPA用于对系统进行编译、校验、逻辑控制和进行离散频谱校正运算以及定位运算；它包括：控制处理器、数据传输单元和存储器；所述控制处理器分别信号连接于数据传输单元和存储器。
所述数模转换器包括：带通采样模块和数模转换模块；所述带通采样模块信号连接与数模转换模块。
所述控制处理器包括：编译码模块、校验模块和逻辑控制模块；所述变异吗模块，用于信号进行编译码处理；所述校验模块，用于对信号进行校验处理；所述逻辑控制模块，用于对信号进行逻辑控制处理。
所述系统包括电源模块；所述电源模块分别信号连接于系统中各个模块，它包括：主电源、副电源和电源切换装置；所述主电源和副电源，用于给系统中各个子模块提供电源支持；所述电源切换装置分别信号连接于主电源和副电源，用于在主电源电量不足或失效的情况下切换到副电源为系统供电。
一种基于射频技术的定位系统的方法，其特征在于，定位方法包括以下步骤：
步骤1：系统和标签进行通信，提取标签的EPC信息；
步骤2：系统对接收和发送的副载波信号进行处理，提取接收和发送的副载波信号的相位用于测距和定位；
步骤3：通过修改标签反向散射信息过程中阅读器发送的单频CW信号的形式，即将一个低频的副载波信号以AM调制的方式调制到CW信号上；
步骤4：对于修改后的CW信号，将发:送信号s(t)和接收信号r(t)分别进行带通采样和A/D转换后送入数字域，并采用离散频谱校正方法估计收发信号中副载波分量的相位 QUOTE 和 QUOTE ，计算得到收发副载波信号的相位差△φ，设副载波频率为 QUOTE ，则阅读器与标签之间的距离可表示为：
QUOTE ；
步骤5：通过多个系统对统一标签的测距结果，进行最小二乘法获取标签的位置信息，得到最终精确的定位结果。
所述发送和接收信号副载波频率和波长的确定方法为：发射信号载波频率为915 MHz，其波长为 0.3279 m；设定系统测距范围为0.3～20 m，在此测程内包含了4个载波周期，存在相位模糊所；采用单频副载波调幅的方式，即将一较低频率的副载波与载波调制，将副载波 作为获取相位信息的信号；根据测距范围，所述副载波波长20 m，则副载波频率为7.5 MHz；最终在该范围中选择得到副载波频率为2 MHz，对于0.3～20 m的测量距离，副载波的相位变化范围为1.44°～96°。
采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：
1、适用性强：本发明的定位系统基于相位式测距发，在带通采样方式下，结合离散频谱校正相位估计，进行了定位仿真，相比于现有的定位方法，具备更高的适用性，不止在活动范围较小的情况下适用，同样适用于活动范围较大的情况。
2、定位准确：本发明的定位系统对结果进行了矫正，提升了结果的准确性；同时，采用多个独立的系统获取的数据信息对目标标签进行定位，提升了定位结果的准确性。
3、稳定性好：本发明的定位系统稳定性极好，选取了最为适合的频率和波长的副载波，提升了系统的稳定性。
4：有效性高：本发明的定位系统有效性极高，各个系统获取的数据具备更高的有效性，去除了无效的数据信息。
附图说明
图1是本发明的一种基于射频技术的定位系统及方法的系统结构示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有防跌倒方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明实施例1中提供了一种基于射频技术的定位系统，系统结构如图1所示：
一种基于射频技术的定位系统，其特征在于，所述系统包括：定向耦合器、相位提取预处理电路、数模转换器、射频接收端、射频发射端、振荡器和FPGA；所述振荡器信号连接于射频发射端；所述射频发射端分别信号连接于射频接收端；所述定向耦合器分别信号连接于射频接收端、相位提取预处理电路；所述相位提取预处理电路信号连接于数模转换器；所述数模转换器信号连接于FPGA；所述射频接收端信号连接于FPGA；所述射频发射端信号连接于FPGA。
所述FPA用于对系统进行编译、校验、逻辑控制和进行离散频谱校正运算以及定位运算；它包括：控制处理器、数据传输单元和存储器；所述控制处理器分别信号连接于数据传输单元和存储器。
所述数模转换器包括：带通采样模块和数模转换模块；所述带通采样模块信号连接与数模转换模块。
所述控制处理器包括：编译码模块、校验模块和逻辑控制模块；所述变异吗模块，用于信号进行编译码处理；所述校验模块，用于对信号进行校验处理；所述逻辑控制模块，用于对信号进行逻辑控制处理。
所述系统包括电源模块；所述电源模块分别信号连接于系统中各个模块，它包括：主电源、副电源和电源切换装置；所述主电源和副电源，用于给系统中各个子模块提供电源支持；所述电源切换装置分别信号连接于主电源和副电源，用于在主电源电量不足或失效的情况下切换到副电源为系统供电。
本发明实施例2中提供了一种基于射频技术的定位方法：
一种基于射频技术的定位系统的方法，其特征在于，定位方法包括以下步骤：
步骤1：系统和标签进行通信，提取标签的EPC信息；
步骤2：系统对接收和发送的副载波信号进行处理，提取接收和发送的副载波信号的相位用于测距和定位；
步骤3：通过修改标签反向散射信息过程中阅读器发送的单频CW信号的形式，即将一个低频的副载波信号以AM调制的方式调制到CW信号上；
步骤4：对于修改后的CW信号，将发:送信号s(t)和接收信号r(t)分别进行带通采样和A/D转换后送入数字域，并采用离散频谱校正方法估计收发信号中副载波分量的相位 QUOTE 和 QUOTE ，计算得到收发副载波信号的相位差△φ，设副载波频率为 QUOTE ，则阅读器与标签之间的距离可表示为：
QUOTE ；
步骤5：通过多个系统对统一标签的测距结果，进行最小二乘法获取标签的位置信息，得到最终精确的定位结果。
所述发送和接收信号副载波频率和波长的确定方法为：发射信号载波频率为915 MHz，其波长为 0.3279 m；设定系统测距范围为0.3～20 m，在此测程内包含了4个载波周期，存在相位模糊所；采用单频副载波调幅的方式，即将一较低频率的副载波与载波调制，将副载波 作为获取相位信息的信号；根据测距范围，所述副载波波长20 m，则副载波频率为7.5 MHz；最终在该范围中选择得到副载波频率为2 MHz，对于0.3～20 m的测量距离，副载波的相位变化范围为1.44°～96°。
本发明实施例3中提供了一种基于射频技术的定位系统及方法，系统结构如图1所示：
一种基于射频技术的定位系统，其特征在于，所述系统包括：定向耦合器、相位提取预处理电路、数模转换器、射频接收端、射频发射端、振荡器和FPGA；所述振荡器信号连接于射频发射端；所述射频发射端分别信号连接于射频接收端；所述定向耦合器分别信号连接于射频接收端、相位提取预处理电路；所述相位提取预处理电路信号连接于数模转换器；所述数模转换器信号连接于FPGA；所述射频接收端信号连接于FPGA；所述射频发射端信号连接于FPGA。
所述FPA用于对系统进行编译、校验、逻辑控制和进行离散频谱校正运算以及定位运算；它包括：控制处理器、数据传输单元和存储器；所述控制处理器分别信号连接于数据传输单元和存储器。
所述数模转换器包括：带通采样模块和数模转换模块；所述带通采样模块信号连接与数模转换模块。
所述控制处理器包括：编译码模块、校验模块和逻辑控制模块；所述变异吗模块，用于信号进行编译码处理；所述校验模块，用于对信号进行校验处理；所述逻辑控制模块，用于对信号进行逻辑控制处理。
所述系统包括电源模块；所述电源模块分别信号连接于系统中各个模块，它包括：主电源、副电源和电源切换装置；所述主电源和副电源，用于给系统中各个子模块提供电源支持；所述电源切换装置分别信号连接于主电源和副电源，用于在主电源电量不足或失效的情况下切换到副电源为系统供电。
一种基于射频技术的定位系统的方法，其特征在于，定位方法包括以下步骤：
步骤1：系统和标签进行通信，提取标签的EPC信息；
步骤2：系统对接收和发送的副载波信号进行处理，提取接收和发送的副载波信号的相位用于测距和定位；
步骤3：通过修改标签反向散射信息过程中阅读器发送的单频CW信号的形式，即将一个低频的副载波信号以AM调制的方式调制到CW信号上；
步骤4：对于修改后的CW信号，将发:送信号s(t)和接收信号r(t)分别进行带通采样和A/D转换后送入数字域，并采用离散频谱校正方法估计收发信号中副载波分量的相位 QUOTE 和 QUOTE ，计算得到收发副载波信号的相位差△φ，设副载波频率为 QUOTE ，则阅读器与标签之间的距离可表示为：
QUOTE ；
步骤5：通过多个系统对统一标签的测距结果，进行最小二乘法获取标签的位置信息，得到最终精确的定位结果。
所述发送和接收信号副载波频率和波长的确定方法为：发射信号载波频率为915 MHz，其波长为 0.3279 m；设定系统测距范围为0.3～20 m，在此测程内包含了4个载波周期，存在相位模糊所；采用单频副载波调幅的方式，即将一较低频率的副载波与载波调制，将副载波 作为获取相位信息的信号；根据测距范围，所述副载波波长20 m，则副载波频率为7.5 MHz；最终在该范围中选择得到副载波频率为2 MHz，对于0.3～20 m的测量距离，副载波的相位变化范围为1.44°～96°。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的防跌倒方法或过程的步骤或任何新的组合。