专利名称：一种基于接收信号强度的射频识别室内定位检测方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于室内无线定位技术的基于接收信号强度(RSS)的(RFID) 室内定位检测方法。
背景技术：
RFID (射频识别)是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号 和空间耦合(电感耦合或电磁耦合)传输特性，实现对被识别物体的自动识别，具有许 多传统的自动识别技术无可比拟的优点，如非接触、距离远、可读写、信息量大、无 须人工干预、多目标同时识别等。
RSS参数，即RFID读卡器阅读标签时所接收到的无线信号强度，通常用w加或 者^Bw来进行度量，是一个和距离相关的通信参数，且目前市场上的主流RFID读 写器都开始逐渐支持直接输出RSS强度的功能，较之其它通信参数而言更加容易获 得。
发明内 容
本发明的目的是提出一种基于接收信号强度的射频识别室内定位检测方法，该定 位检测方法利用了 RSS参数易收集并且与距离有良好相关性的特点，收集各标签的 RSS参数进行分析处理，根据接收信号强度(RSS)的判断准则，寻找到若干个与 待定位标签最为相似的参考标签，并根据待定位标签和这些参考标签的数值关系对待 定位标签进行定位。充分考虑到了 RFID室内传播机理和信道衰落的统计特性以及能 量损耗的经验模型，能够有效地对室内RFID读卡器阅读标签进行定位。
本发明是基于RSS的RFID室内定位检测方法，利用了 RSS参数易收集并且与 距离有良好相关性的特点，收集各标签的RSS参数进行分析处理，根据本算法设计 的判断准则，寻找到若干个与待定位标签最为相似的参考标签，并根据待定位标签和 这些参考标签的数值关系对待定位标签进行定位。
本发明基于接收信号强度的射频识别室内定位检测方法的优点在于(1)使用 RFID技术，可以实现非接触的远距离读写；(2)利用RSS参数，更易于收集相关 信息；(3)使用了基于RSS强度的近邻搜索法NNSS (Nearest Neighbors based on Signal Strength),能够简便有效的对收集的信息进行处理和匹配，选出适合的参考标签；(4)本发明中为室内定位检测建立了普适性信号空间，提高了算法的普 适性。
图1是本发明在室内环境中安放四台读卡器的布局结构示意图。
图2是本发明定位检测处理的流程图。
图3是本发明定位检测处理的另一流程图。
具体实施例方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明对待定位标签的位置估计是构建于近邻搜索的理论基础之上，具体思想 是对于每一个待定位标签和参考标签，分别定义信号强度向量，并引入欧几里德距 离(欧氏距离)度量，对参考标签和待定位标签之间的位置关系进行判断，从而对未 知标签进行定位。通过这个方法，可以获得待定位标签的若干个近邻标签，并通过它 们已知的位置坐标来对待定位标签的位置进行推断。本发明提供了一种有效的二维定 位算法，实现了依据室内的已知位置参考标签对移动标签的定位。针对本发明定位检 测方法的处理步骤参见图2所示的流程。
本发明基于接收信号强度(RSS)的射频识别(RFID)室内定位检测方法包括 以下的几个步骤
第一步先由n个读卡器分别对第6个参考标签进行釆集其接收信号强度值《， 且《 2,《……《};
《表示第1个读卡器对第6个参考标签采集的接收信号强度值， 《表示第2个读卡器对第6个参考标签采集的接收信号强度值， 《表示第3个读卡器对第6个参考标签采集的接收信号强度值， 《表示第n个读卡器对第6个参考标签采集的接收信号强度值。 然后由n个读卡器分别对第"个待定位标签进行采集其接收信号强度值5，且 《=化 3……;
^表示第1个读卡器对第"个待定位标签釆集的接收信号强度值， &表示第2个读卡器对第"个待定位标签采集的接收信号强度值， &表示第3个读卡器对第"个待定位标签采集的接收信号强度值， &表示第n个读卡器对第fl个待定位标签采集的接收信号强度值。 然后将参考标签强度《、待定位标签强度5传送给数据釆集器；
第二步数据采集器对接收的参考标签强度《、待定位标签强度《依据欧几里
德距离度量<formula>formula see original document page 6</formula>获得第"个待定位标签的欧式距离向量；
/表示第z'个读卡器，《表示第/个读卡器上读出的参考标签接收信号强度值，S, 表示第!'个读卡器上读出的待定位标签接收信号强度值；
第三步重复第二步获得所有m个参考标签与第"个待定位标签的欧几里德距离 度量￡。,7，且/e(l,m)， 7表示第J个参考标签；
第四步对第三步获得的第1个参考标签与第"个待定位标签的距离度量A，。 第2个参考标签与第"个待定位标签的距离度量￡。,2 、第3个参考标签与第"个待定 位标签的距离度量￡。,3……第附个参考标签与第"个待定位标签的距离度量进行
从小到大排序；
第五步选出第四步中最小的四个距离度量所对应的四个参考标签；所述四个参
考标签即为距第"个待定位标签最近的四个近邻标签；
第六步依据这四个近邻标签已知的位置坐标，计算出第"个待定位标签的估计
位置。当某个参考标签相距第"个待定位标签的距离度量越小时则认为此参考标签与 第"个待定位标签越近。
针对如图1所示的其余待定位标签，重复上述步骤可获得每一个待定位标签的 估计位置。
为了减小本发明定位检测的误差，保证对待定位标签的位置精确定位，也可在上 述第一步结束后，第二步开始前进行普适性信号空间模型的处理，即基于接收信号强
度(RSS)的射频识别(RFID)室内定位检测方法包括以下的几个步骤
第一步先由n个读卡器分别对第6个参考标签进行采集其接收信号强度值<formula>formula see original document page 6</formula>然后由n个读卡器分别对第"个待定位标签进行采集其接收信号强度值<formula>formula see original document page 6</formula>然后将参考标签强度《、待定位标签强度《传送给数据釆集器；
对于数据釆集器中的信息量进行普适性信号空间模型处理后再进行第二步数据
采集器对接收的参考标签强度《、待定位标签强度《依据欧几里德距离度量
<formula>formula see original document page 6</formula>2获得第"个待定位标签的欧式距离向量；
第三步重复第二步获得所有m个参考标签与第a个待定位标签的欧几里德距离 度量￡。,；，且/e(l,m)， _/表示第_/个参考标签；
第四步对第三步获得的第1个参考标签与第fl个待定位标签的距离度量五。，p 第2个参考标签与第"个待定位标签的距离度量、第3个参考标签与第a个待定 位标签的距离度量五。,3……第附个参考标签与第"个待定位标签的距离度量￡a,m进行 从小到大排序；
第五步选出第四步中最小的四个距离度量所对应的四个参考标签；所述四个参 考标签即为距第"个待定位标签最近的四个近邻标签；
第六步依据这四个近邻标签已知的位置坐标，计算出第"个待定位标签的估计 位置。当某个参考标签相距第"个待定位标签的距离度量越小时则认为此参考标签与 第"个待定位标签越近。
普适性信号空间纟莫型的构建使用了一种估计信号强度增量Ar^的方法来对原信 号空间进行修正，基本思想就是以待定位标签作为标准标签，对定位场景中所有参考 标签的信号空间分别进行估计修正，然后再将修正后的信号空间用于后续定位，即对 每个参考标签而言，将其信号空间中的每一项减去修正参数"^z，使得由估计信号 强度增量带来的误差减到最小。
普适性信号空间模型为 〃n:系统中读卡器的数量
//REFTAGNUM:系统中参与定位的参考标签的数量 //rssm:修正参数
//TAG_TRACK_RSS:待定位标签的信号空间 〃TAG_REF_RSS(:,i):第i个参考标签的信号空间 〃sum(T):对信号空间向量T个元素求和
/一W,i 五F7M(^V匿乂
rss/n =細/ 2,7MG—7T^4C(i 錄s謡,7MG—7 ^Li 鄉,砂/i2,.
7经过修正参数rwm修正后的信号空间称为普适性信号空间，普适性信号空间的 建立使标签间差异造成的信号空间失真降到了最小，为近邻搜索过程提供了统一的距 离度量计算平台，提高了基于RSS的RFID近邻定位算法的普适性，使其能够应对 实际应用中多标签共存的状况。
实施例 1 : 针对49个参考标签与7个待定位标签的位置估计
参见图1所示，在室内环境中的四个角上安放四台读卡器(A读卡器、B读卡器、 C读卡器、D读卡器)，尽量均匀分布在四周，在环境空间中以lm的等间隔的放置 有49个参考标签，分为七行，每行有七个参考标签。放置的七个待定位标签分别为 第一个待定位标签A1、第二个待定位标签A2、第三个待定位标签A3、第四个待定 位标签A4、第五个待定位标签A5、第六个待定位标签A6、第七个待定位标签A7。
为了对第一个待定位标签Al进行估计位置釆用上述的方法具体步骤有
先由四个读卡器分别对49个参考标签进行采集其接收信号强度值
<formula>formula see original document page 8</formula>
然后由四个读卡器分别对第一个待定位标签Al进行釆集其接收信号强度值 <formula>formula see original document page 8</formula>
然后将参考标签强度<formula>formula see original document page 8</formula>、待定位标签强度<formula>formula see original document page 8</formula>传送给数据采集器；
数据釆集器对接收的参考标签强度<formula>formula see original document page 8</formula>、待定位标签强度<formula>formula see original document page 8</formula>依据欧几里德距离度量获得关于第1个参考标签与第一个待定位标签Al的距离度量<formula>formula see original document page 8</formula>、第2个参考标签与第一个待定位标签Al的距离度量<formula>formula see original document page 8</formula>,第3个参考标签与第一个待定位标签Al的距离度量<formula>formula see original document page 8</formula>…第49个参考标签与第一个待定位标签Al的距离度量<formula>formula see original document page 8</formula>
对上述获得的49个参考标签与第一个待定位标签Al的距离度量进行从小到大 排序；并选出最小的四个距离度量所对应的四个参考标签(9号参考标签、10号参 考标签、16号参考标签、17号参考标签)；所述9号参考标签、IO号参考标签、 16号参考标签、17号参考标签即为距第一个待定位标签Al最近的四个近邻标签；
以B读卡器为原点，A读卡器方向为X轴正方向，C读卡器方向为Y轴正方向， 则有9号参考标签的位置坐标为(3,7)、 10号参考标签的位置坐标为(4，7)、 16 号参考标签的位置坐标为(3,6)、 17号参考标签的位置坐标为(4,6)。
则有第一个待定位标签Al的估计位置在9号参考标签、10号参考标签、16号 参考标签、17号参考标签的确定的范围中。最后根据9号参考标签与第一个待定位 标签A1的距离度量A,々、IO号参考标签与第一个待定位标签AI的距离度量^n。、 16号参考标签与第一个待定位标签Al的距离度量￡,116、 17号参考标签与第一个待 定位标签A1的距离度量E^7的大小来确定第一个待定位标签A1的具体位置。
针对第二个待定位标签A2、第三个待定位标签A3、第四个待定位标签A4、第 五个待定位标签A5、第六个待定位标签A6、第七个待定位标签A7分别釆用上述的 相同方法进行定位。
则有第二个待定位标签A2的估计位置在11号参考标签、12号参考标签、 18号参考标签、19号参考标签的确定的范围中。最后根据ll号参考标签与第二个 待定位标签A2的距离度量^2, 、 12号参考标签与第二个待定位标签A2的距离度 量^212、 18号参考标签与第二个待定位标签A2的距离度量Aw、 19号参考标签 与第二个待定位标签A2的距离度量^2,19的大小来确定第二个待定位标签A2的具体位置。
则有第三个待定位标签A3的估计位置在15号参考标签、16号参考标签、 22号参考标签、23号参考标签的确定的范围中。最后纟艮据15号参考标签与第三个 待定位标签A3的距离度量&3,15 、 16号参考标签与第三个待定位标签A3的距离度 量^316、 22号参考标签与第三个待定位标签A3的距离度量^^22、 23号参考标签 与第三个待定位标签A3的距离度量^3,23的大小来确定第三个待定位标签A3的具体位置。
则有第四个待定位标签A4的估计位置在25号参考标签、26号参考标签、 32号参考标签、33号参考标签的确定的范围中。最后根据25号参考标签与第四个
待定位标签A4的距离度量&4,25 、 26号参考标签与第四个待定位标签A4的距离度 量^4 26 、 32号参考标签与第四个待定位标签A4的距离度量&^、 33号参考标签 与第四个待定位标签A4的距离度量&4,34的大小来确定第四个待定位标签A4的具体位置。
则有第五个待定位标签A5的估计位置在30号参考标签、31号参考标签、 37号参考标签、38号参考标签的确定的范围中。最后，艮据30号参考标签与第五个 待定位标签A5的距离度量&53。 、 31号参考标签与第五个待定位标签A5的距离度 量&531、 37号参考标签与第五个待定位标签A5的距离度量&5 37 、 38号参考标签 与第五个待定位标签A5的距离度量&5,38的大小来确定第五个待定位标签A5的具体位置。
则有第六个待定位标签A6的估计位置在38号参考标签、39号参考标签、 45号参考标签、46号参考标签的确定的范围中。最后根据38号参考标签与第六个 待定位标签A6的距离度量&6,38 、 39号参考标签与第六个待定位标签A6的距离度 量&6 39 、 45号参考标签与第六个待定位标签A6的距离度量五^c、 46号参考标签 与第六个待定位标签A6的距离度量&6,46的大小来确定第六个待定位标签A6的具体位置。
则有第七个待定位标签A7的估计位置在41号参考标签、42号参考标签、 48号参考标签、49号参考标签的确定的范围中。最后根据41号参考标签与第七个 待定位标签A7的距离度量&7,41 、 42号参考标签与第七个待定位标签A7的距离度 量&7 42 、 48号参考标签与第七个待定位标签A7的距离度量^^,48、 49号参考标签 与第七个待定位标签A7的距离度量&7，49的大小来确定第七个待定位标签A7的具体位置。
本发明利用的RSS参数，即RFID读卡器阅读标签时所接收到的无线信号强度， 是一个和距离相关的通信参数，可以有效的应用于无线定位系统之中。
本发明可以有效的实现室内电子标签定位，利用发明中提出的普适性算法，可以 有效的抑制由标签间差异带来的误差，将定位精度提高到标签无差异时的水平，能够 满足该领域实际需求。该发明可以应用于很多无线定位系统中，具有良好的实用推广 价值。
权利要求
1、一种基于接收信号强度的射频识别室内定位检测方法，其特征在于包括以下的几个步骤第一步先由n个读卡器分别对第b个参考标签进行采集其接收信号强度值且<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mover> <msub><mi>θ</mi><mi>b</mi> </msub> <mo>→</mo></mover><mo>=</mo><mo>{</mo><msub> <mi>θ</mi> <mn>1</mn></msub><mo>,</mo><msub> <mi>θ</mi> <mn>2</mn></msub><mo>,</mo><msub> <mi>θ</mi> <mn>3</mn></msub><msub> <mrow><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo><mi>θ</mi> </mrow> <mi>n</mi></msub><mo>}</mo><mo>;</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0002" file="S2007101793195C00012.gif" wi="167" he="24" img-content="drawing" img-format="tif"/-->然后由n个读卡器分别对第a个待定位标签进行采集其接收信号强度值且
2、 根据权利要求1所述的基于接收信号强度的射频识别室内定位检测方法，其特征 在于在第一步结束后，第二步开始前进行普适性信号空间，莫型的处理； 所述普适性信号空间模型为〃n:系统中读卡器的数量 //REFTAGNUM:系统中参与定位的参考标签的数量 / /rssm:修正参数//TAG—TRACK_RSS:待定位标签的信号空间 〃TAG—REF_RSS(:，i):第i个参考标签的信号空间 〃sum(T):对信号空间向量T个元素求和/。r々W，^7MG7V匿乂=細/72,7^_雇6*/ 錄犯/72/7^0_/ ^/ 卿眉/",.7MG一/eeF—7 S沐力=7M(7一i 五F—W卿,々^ss/n,.
全文摘要
本发明公开了一种基于接收信号强度的射频识别室内定位检测方法，具体思想是对于每一个待定位标签和参考标签，分别定义其信号强度向量S<sub>i</sub>和θ<sub>i</sub>，对于n个读卡器和m个参考标签，引入欧几里德距离度量获得某个待定位标签的欧式距离向量，然后依据某个待定位标签与离它位置最近的参考标签所计算得到的距离度量值将最小。通过这个方法，可以获得待定位标签的若干个近邻标签，并通过它们已知的位置坐标来对待定位标签的位置进行推断。本发明提供了一种有效的二维定位算法，实现了依据室内的已知位置参考标签对移动标签的定位。
文档编号G01S5/08GK101191833SQ200710179319
公开日2008年6月4日 申请日期2007年12月12日 优先权日2007年12月12日
发明者捷 任, 挺 张, 舒 张, 璋 熊, 陈真勇 申请人:北京航空航天大学