一种阵列式时空多维分割定位系统及方法与流程

本发明涉及一种射频网络技术领域，尤其是涉及一种基于有源电子标签的阵列式时空多维分割定位系统。

背景技术：

rfid定位技术是指：通过确定触发签(tag)与读写器(reader)之间电磁波所需飞行时间，再乘以电磁波在空气中传播的速度，得到标签(tag)与读写器(reader)之间的距离来实现定位的技术。

现行可用的rfid定位技术包括：

采用2.4ghz或5.8ghz，遵循iso/iec18000系列规范的设备和系统，多采用有源标签，除了简单的读取标签信息外，可以实现定位功能，也就是大家所说的rfid定位。采用2.4ghz或5.8ghz，遵循ieee802.11协议，即wi-fi技术，可实现定位功能。采用2.4ghz或5.8ghz，遵循ieee802.15.1协议，即蓝牙技术，可实现定位功能。采用2.4ghz，遵循ieee802.15.4协议，即zigbee技术，可实现定位功能。采用3.5g-10ghz，但遵循ieee802.15.4a协议，即uwb超宽带定位技术。

以上定位技术，如图1所示，其实现难度和定位精度有较大的差异。

在现实场景中，人们往往需要知道的是一个物体或人所在的大致位置，例如：物品是否在某一个区域内，某人在哪一个教室。因此，亚米级和米级定位精度的rfid定位技术在被广泛的使用。在传统rfid定位中，标签(tag)通过电池供能、向外接不断发送包含标签芯片识别码的无线电波。阅读器(reader)通过识别这些无线电波中包含的标签识别码，来确认标签此时是否在某一个确定的范围之内。实际过程中，很难保证阅读器(reader)所覆盖的区域与被定位空间完全重合。以下是一些可能出现的情况。

如图2所示，空间范围大于阅读器(reader)覆盖范围。在空间范围内，有标签tag1/tag2/tag3/tag4,此时整个房间均是需定位范围，而tag4不在阅读器(reader)的覆盖范围内，因此可定位标签tag1/tag2/tag3，而tag4无法被定位。

因此一般阅读器的覆盖范围将大于被定位的空间范围。但是，在覆盖范围扩大的同时，又出现了新的问题。如图3所示，tag3不属于空间范围，但又处于阅读器覆盖范围，因此在实际结果中，tag3将被定位于空间范围。

由于rfid定位技术所使用的频段中的有效频点的数量有限，则当阅读器覆盖范围内的电子标签数量继续增加，电子标签间在相同频点上的碰撞概率增加，且满足电子标签越多，碰撞概率越大，当电子标签数量足够多时，碰撞概率将达到1。此时，达到了阅读器同一时间识别电子标签数量的上限。且后续新加入的电子标签将无法被识别。根据iso/iec18000中的描述，2.45ghz电子标签采用了时隙aloha算法(谁抢先谁接入，未接入的电子标签在等待一定时间后再次发起广播请求接入)的来进行碰撞优化，提高了在一个阅读器范围内可识别电子标签数量上限，但该上限仍无法到达在阅读器覆盖范围内高密度电子标签分布情况下的准确定位的使用要求。

根据以上理论，在实际使用场景中，当在确切空间范围外、阅读器识别范围内分布着大量有源电子标签时，可能造成确切空间范围内的有源电子标签的漏读情况。导致了定位准确率降低。例如图4中，2.45ghz阅读器可识别的范围内，有房间1，房间1中和房间1外的分布着一些电子标签，共计20个；而此时阅读器的识别上限是12个电子标签，有8个电子标签将无法被识别，而这8个无法被识别的电子标签的是一种随机分布。因此，在房间1中的4个电子标签均被定位到的概率仅仅约10.2％

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明以rfid定位技术为基础，提出利用同一空间并存多个频率的原理，提供了一种在亚米级和米级定位精度要求下，增加可被定位物体的数量上限并保证被定位物体的数量准确度的可行方案及算法。解决了在阵列式分布的空间范围内，各空间内的准确定位需求；解决了大空间范围内，多数量定位的需求；提供了一种定位自纠错的办法。本发明在不明显增加成本的基础上，降低了在多数量电子标签阵列式排布的情况下错误定位和遗漏定位的发生的概率。在保证定位准确率的同时，增加了在同一时间段内、同一空间内的可正确定位的电子标签数量上限。

具体的，根据本发明的一个方面，提供了一种阵列式时空多维分割定位系统，包括：

至少一个阅读器、至少一个触发器、至少一个电子标签；其中，

所述触发器搜索并激活其附近的所述电子标签，所述阅读器搜索并定位其附近的被激活电子标签。

优选的，所述阅读器为rfid阅读器。

优选的，所述触发器为125khz触发器。

优选的，所述电子标签为rfid电子标签。

优选的，所述阅读器为一个，所述触发器为一个，所述电子标签为多个。

优选的，所述阅读器为一个，所述触发器为两个，每个所述触发器激活的电子标签数量小于等于阅读器能够准确定位的电子标签数量上限。

更优选的，控制两个触发器的开关状态，使得所述两个触发器交替工作以激活其附近的多个电子标签，所述阅读器分别搜索并定位每个触发器激活的电子标签并统计求和。

优选的，所述阅读器和触发器的数量相同并一一对应，每个所述触发器搜索并激活其附近的所述电子标签，所述阅读器搜索并定位其对应的触发器激活的电子标签。

优选的，当每个所述触发器激活的电子标签数量大于每个阅读器能够准确定位的电子标签数量上限时，降低一个或多个触发器的功率，所述阅读器重新搜索并定位该一个或多个触发器激活的电子标签。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种阵列式时空多维分割定位方法，采用上述的阵列式时空多维分割定位系统。

本发明的优点在于：增加了单一阅读器范围内可定位的电子标签总数，提高了定位电子标签数量上的准确度，提高了定位电子标签在模糊位置上的准确度，实现了矩阵式分布下的多标签模糊定位，降低了高密度标签环境下的漏读率和误读率。本发明特别适用于流动性不大，电子标签需求量多的定位场景，如仓库、上课中的教室等。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为现有技术中rfid技术实现难度和定位精度示意图；

图2为现有技术中无法覆盖需要的电子标签的情况示意图；

图3为现有技术中覆盖过多电子标签的情况示意图；

图4为现有技术中电子标签数量超过阅读器覆盖上限导致房间内电子标签被定位概率降低的情况示意图；

图5为本发明的第一优选实施例原理示意图；

图6为本发明的第二优选实施例原理示意图；

图7为本发明的第二优选实施例两个触发器同时工作时效果示意图；

图8为本发明的第二优选实施例第一触发器停止工作而第二触发器工作的效果示意图；

图9为本发明的第二优选实施例第一触发器工作而第二触发器停止工作的效果示意图；

图10为本发明的第三优选实施例工作原理示意图；

图11为本发明的第四优选实施例触发器覆盖的部分标签无法准确定位时的情况示意图；

图12为本发明的第四优选实施例准确定位触发器覆盖的标签示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明以rfid定位技术为基础，利用同一空间并存多个频率的原理，提供了一种在亚米级和米级定位精度要求下，增加可被定位物体的数量上限并保证被定位物体的数量准确度的方法及系统。解决了在阵列式分布的空间范围内，各空间内的准确定位需求；解决了大空间范围内，多数量定位的需求；还提供了一种定位自纠错的办法。

以下实施例中，假设阅读器能否同时准确定位(识别)电子标签的数量上限是12。图5-12中的黑色六角星代表能够被准确定位的电子标签，灰色或白色六角星为不能被定位的电子标签。

实施例1

如图5所示，该实施例的阵列式时空多维分割定位系统包括一个阅读器、一个触发器、和20个电子标签，所述20个电子标签均位于阅读器的覆盖范围内；其中，在房间1中包含4个电子标签，这4个电子标签是用户期望阅读器能够定位的电子标签。房间外有16个电子标签，这16个电子标签是用户不希望阅读器定位的电子标签。优选的，所述触发器可以选用125khz触发器，其功能是触发其附近的电子标签。

本实施例采用双频rfid定点触发技术，在房间1中放入一个125khz触发器，则在房间外的其他电子标签将处于静默状态，此时仅有房间1中的4个电子标签工作，则这四个电子标签均被定位到的概率等于1。如此，本发明首先解决了在单频rfid定位技术在复杂环境下的定位准确度和数量上限两个问题。

实施例2

如图6所示，该实施例的阵列式时空多维分割定位系统包括一个阅读器、两个触发器、和20个电子标签，所述20个电子标签均位于阅读器的覆盖范围内；其中，第一触发器(图中左边的小黑圆点)能够覆盖11个电子标签，第二触发器(图中右边的小黑圆点)能够覆盖12个电子标签。优选的，所述第一触发器和第二触发器可以选用125khz触发器，其功能是触发其附近的电子标签。

本实施例引入时间分割机制，对两个触发器的工作时间进行合理管控，变相的减少了在同一时间内、相同阅读器覆盖面积内的触发器数量和与之配套的电子标签的数量，使得在同一阅读器范围内，可以放置更多的电子标签。再根据历史识别到的电子标签数量和所属阅读器，动态调整本次暂停工作的触发器数量和分布情况。

如图6所示，当第一触发器和第二触发器同时工作时，有8个电子标签会被随机漏读，此时在远端的统计工具上，仅会显示12个黑色的电子标签。如下图7所示，8个灰色标签为漏读标签。因此，为了准确定位所有20个电子标签，需要对两个触发器的工作状态进行控制。以下是本实施例的控制方式示例：

本实施例状态一：如图8所示，第一触发器停止工作而第二触发器工作后，有一部分电子标签静默，此时阅读器识别到的情况是：此时阅读器仅识别到了位于第二触发器覆盖范围内的12个电子标签。

本实施例状态二：如图9所示，在极短的时间后，第一触发器恢复工作，而第二触发器停止工作，则此时阅读器仅识别到了被第一触发器覆盖的11个电子标签。

通过控制两个触发器的工作状态，使得状态一和状态二反复交替出现。再通过设立合适的时间区间来统计在该区间内出现过的电子标签求和，就可以完整的定位出这20个电子标签。所述时间区间可以是，例如5秒钟，也可以是其他的时间长度，只要在时间区间内阅读器完全定位每个触发器所覆盖的电子标签即可。

本实施例实现了在单一阅读器下，增加了可被定位的电子标签数量。触发器、阅读器的轮巡静默机制，增加了阅读器对单一电子标签的识别次数，提高了在静置环境下的单个电子标签的被定位率。

实施例3

如图10所示，该实施例的阵列式时空多维分割定位系统包括4个阅读器、4个触发器、和16个电子标签，分别位于4个房间中，其中每个房间均包括一个阅读器、一个触发器和4个电子标签。其中，图中的每个房间中的一个阅读器和一个触发器均位于对应的黑点位置附近。当然，一个阅读器和一个触发器也可以不位于对应的黑点位置而位于房间的其他位置，所述一个阅读器和一个触发器可以绑定在一起也可以分开布置。所述每个触发器能够覆盖位于对应房间内的4个电子标签。优选的，所述4个触发器可以选用125khz触发器，其功能是触发其附近的电子标签。

如图10所示，当需要定位房间1中的电子标签时，房间1的阅读器和触发器启动，房间2/3/4的阅读器和触发器均静默，此时，仅有房间1中的电子标签可以被正确定位。随后，轮换至房间2的阅读器和触发器启动，房间1,3,4的阅读器和触发器均静默，则此时仅有房间2中的电子标签可以被正确定位，以此类推。

本实施例实现了矩阵式房间排布时电子标签的精准定位。通过对触发器、阅读器的工作状态的控制，利用时间分割和空间分割原理，实现了在复杂分布条件下的定位要求，且增加了单一阅读器工作范围内的可定位电子标签的数量上限。

同时，本实施例还可以动态调整每次工作的触发器、阅读器的数量和分布，以提高在复杂环境下的定位准确度。

实施例4

本实施例采用自适应调节机制：在达到阅读器定位上限后，动态调整触发器功率，以调节触发范围。如图11所示，该实施例的阵列式时空多维分割定位系统包括1个阅读器(图中的大黑圆点)、1个触发器(图中的小黑圆点)、和20个电子标签。优选的，所述触发器可以选用125khz触发器，其功能是触发其附近的电子标签。

如图11所示，为本实施例状态一：触发器覆盖的电子标签为20个，超过了阅读器定位上限，则会有部分电子标签无法识别(白色六角星)。

如图12所示，为本实施例状态二：降低触发器功率，使其覆盖的电子标签数量减少，则能够使得触发器覆盖的电子标签被准确定位。

本实施例通过上述控制完成了自我纠错机制：根据识别数量，动态调整天线输出功率，调节触发器的有效工作半径，减少或增多单一触发器工作覆盖范围内的电子标签数量，进行单一触发器覆盖范围内的自我纠错。

通过上面的4个具体实施例可以看出，本发明与传统的rfid定位算法相比，利用双频rfid在同一空间内共存的物理原理，实现了双频rfid定位系统，再通过对空间、时间的切割，对基本发明进行了优化，形成了完善的基于有源电子标签的阵列式时空多维分割定位系统。本发明利用同一空间中可以并存多个频段的射频信号且相互不干扰这一物理原理，将不同rfid频率用于不同功能点，再组合实现了以上方法和系统。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。