一种适于无源超高频rfid的定位性能评价方法
【技术领域】
[0001]本发明属于射频通信技术领域，涉及一种适于无源超高频RFID的定位性能评价方 法。
【背景技术】
[0002] 目前，有源LANDMARC算法是基于RFID的室内定位系统的主要解决方案，通过引入 参考标签动态捕捉环境信息替代阅读器的离线数据，依据典型残差加权算法获取待定位标 签的位置信息。相比于其他定位算法，有源LANDMARC算法不仅降低了系统成本，提高了系统 的环境适应能力，且精度良好。
[0003] 近年来，为进一步降低系统成本，研究人员已经将LANDMARC算法应用于无源RFID 系统，然而现有基于无源LANDMARC算法的研究主要以提高定位精度为目标，而对系统的定 位实时性能分析较少。不仅如此，受制于硬件设计水平，无论是有源RFID系统还是无源RFID 系统，阅读器只能通过逐级降低功率发射能级，为标签的收信场强提供依据。阅读器的最大 功率发射能级越大，收信场强的分辨率越高，定位误差越小，但阅读器执行单次检测的周期 越长。尤其对于无源定位系统，半双工通信机制使得标签只有在接收到阅读器的连续波信 号后，才能启动自身工作电路并发送应答信号，导致定位效率较低。因此，基于无源 LANDMARC算法的定位仍然存在定位效率较低的现状。
[0004] 综上，本发明结合路径损耗模型，以阅读器最大功率发射能级为基准对无源 LANDMARC算法定位精度及定位效率进行量化分析，提出了 一种适于无源超高频RFID的定位 性能评价方法。
【发明内容】
[0005] 本发明需解决的问题是提供一种适于无源超高频RFID的定位性能评价方法。
[0006] 基于该方法，以阅读器最大功率发射能级为基准，对无源LANDMARC算法定位精度 及定位效率进行量化分析，提出适于评价定位性能的品质函数。
[0007] 1、一种适于无源超高频RFID的定位性能评价方法，包括下列步骤：
[0008] 步骤1:基于典型对数路径损耗模型，设定发射功率Pt(R)对应的读写区域辐射半 径R、无源标签激活门限P r、阅读器天线增益Gr、标签天线增益Gt、相邻功率发射能级的功率 步长I P，建立阅读器功率发射能级和辐射的映射关系，计算出读写区域各能级的辐射半径；
[0009] 步骤2:根据LANDMARC算法，估计定位标签的位置；
[0010] 步骤3:以选取全局均方根误差RMSEtoA指标评价无源LANDMARC算法的定位精度， 以全局平均耗时Τμ*指标评价无源LANDMARC算法的定位效率；
[0011] 步骤4:获取多阅读器并行工作、多天线复用串行工作两种典型工作方式的^^表 达方法；
[0012] 步骤5:采用联合控制机制，根据全局优化目标函数的构建方法，以全局均方根误 差最小化、全局平均耗时最小化为目标，引入最大可接受全局均方根误差最大 可接受全局平均耗时7^m，构建适于评价无源LANDMARC算法的定位性能品质函数
其中h、k2是品质权重，Gfax、p分别是阅读器最 大功率发射能级、参考标签布设密度；
[0013]步骤6:依据CWA(Conventional Weight Aggregation，典型权重聚焦）算法令ki、k2
[0014] 步骤7:依据DWA(Dynamic Weight Aggregation，动态权重聚焦）算法获取基于帕 雷托边界的权重系数配置方式；
[0015]步骤8:若依步骤7得出的lu、k2在帕雷托边界曲线上，且基于当前lu、k 2得到的最小
则认定CWA算法选取的h、k2有效。否则，在帕雷 托边界曲线上重新选取同时满足和的一组 [0016]步骤9:依据步骤8中的lu、k2,获得定位性能品质函数的具体表达形式；
[0017] 步骤10:将多组和p的配置方式带入到定位性能品质函数中，选取定位性能 品质函数数值最小的一组和p并认定其具有最佳的定位性能。
【附图说明】：
[0018] 图1是本发明全局平均耗时的计算流程框图；
[0019] 图2是本发明定位性能评估流程框图；
[0020] 图3是在多阅读器并行工作模式下的权重系数配置及帕雷托边界图；
[0021] 图4是在多天线复用串行工作模式下的权重系数配置及帕雷托边界图；
[0022] 图5是在多阅读器并行工作模式下定位性能评估效果图；
[0023]图6是在多天线复用串行工作模式下定位性能评估效果图；
【具体实施方式】：
[0024]本发明的主旨是提出一种适于无源超高频RFID的定位性能评价方法，该方法结合 路径损耗模型，以阅读器最大功率发射能级为基准对无源LANDMARC算法定位精度及定位效 率进行量化分析，所提方法对于无源定位系统的性能评定及参数选择，兼顾定位精度和系 统效率，具有重要的指导意义。
[0025] 下面结合附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6对本发明实施方式作进一步地 详细描述。
[0026] -、阅读器功率发射能级和辐射半径映射关系的建立
[0027] 首先设定发射功率Pt(R)对应的读写区域辐射半径R、无源标签激活的门限值Pr、阅 读器和标签的天线增益G r、G t，基于典型对数路径损耗模型，可得
，然后设定阅读器最大发射功率Ρ；"不变，计算出 读写区域的最大辐射半径
，最后，设定相邻功率发射能级的功 率步长为IP，建立阅读器功率发射能级和辐射半径的映射关系：
[0029 ]二、系统定位精度和定位效率的评价
[0030] 首先依据LANDMARC算法，估计定位标签的位置，以全局均方根误差RMSEtoi为指标 评价无源LANDMARC算法的定位精度，其中
其中C表示定位环境中的定位标签个数，表示第i个标签的实际位置，表示单次 估计误差，E( ·)表示求期望。
[0031] 然后以全局平均耗时TtcaS指标评价无源LANDMARC算法的定位效率，令 Tt〇i=E{T：〇i) ，其中匕为完成第1次定位服务的耗时，且有t = 7；' + r/ + r/，其中:τ/表 示系统在完成第1次定位服务过程中对C个定位标签执行LANDMARC算法运算的耗时，r/表 示系统在完成第1次定位服务过程中对全部阅读器功率发射能级调整的综合耗时，:Γ/表示 系统在完成第1次定位服务过程中对全部阅读器读取标签的综合耗时。
[0036]其中t。是单个标签定位耗时，其中7；t、7^分别表示第u个阅读器在第1次定位中 的读取标签耗时和能级切换耗时，分别有
[0038] Tzu = hu · tz (5)
[0039] 其中，J表示采用ALOHA算法的耗时函数，δ为时隙个数，对于动态帧时隙ALOHA算 法，s为一定值。<、cf表示当第U阅读器工作在第i个功率发射能级条件下检测到的参 考标签数和定位标签数，t z表示相邻能级间的调整时间，且当第U阅读器工作降低了hu个能 级后，不再有定位标签被读到，此时第U阅读器停止