无源标签定位装置及系统的制作方法

1.本实用新型涉及定位识别技术领域，具体涉及一种无源标签定位装置及系统。


背景技术：

2.定位技术是超高频rfid的一项重要的衍生功能，目前基于rfid的定位技术分为以下几种：1)基于接收信号强度(rssi)；2)基于传播信号的到达入射角(aoa)；3)基于传播信号的到达相位(poa)。
3.在复杂的交通环境下，接收信号强度(rssi)受环境干扰较大，定位结果会有较大的误差；基于poa的定位方法需要精确获取相位信息，对接收机有很高要求，且相位具有周期性，在车辆行驶过程中电子标签的相位会出现周期性，从而导致定位结果的多值性；而基于aoa的定位方法一般仅需要阵列天线即可，且精度相对较高，但传统的aoa定位技术一般只有水平方向定位。


技术实现要素：

4.本实用新型基于aoa方法实现车辆定位，同时增加了纵向定位大大提高定位精度，使用一体式的阵列天线简化了系统复杂度、降低了部署难度及成本。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种无源标签定位装置，该定位装置包括：
6.一无源标签；
7.一阵列天线，该阵列天线包括：
8.一第一方向天线阵列，用于获取无源标签在第一方向的入射角；以及
9.一第二方向天线阵列，用于获取无源标签在第二方向的入射角。
10.优选地，第一方向与第二方向相互垂直。
11.优选地，第一方向天线阵列以及第二方向天线阵列分别至少包括两个天线阵子。
12.优选地，该天线阵列包括矩阵排列的四个天线阵子，其中水平排列的阵子构成第一方向天线阵列，竖直方向排列的阵子构成第二方向天线阵列。
13.优选地，该定位装置还包括一多接收通道rfid读写器，用于对每个天线阵子的标签信息进行高速采集以及计算。
14.一种无源rfid定位系统，该定位系统包括无源rfid定位装置，还包括一后台服务器。
15.一种基于无源rfid定位装置的定位方法，该方法包括：
16.s10：获取天线阵列中每个天线阵子的标签相位信息；
17.s20：根据每个天线阵子的标签相位信息分别获得无源标签在第一方向以及第二方向的入射角；
18.s30：通过第一方向以及第二方向的入射角获得无源标签的位置。
19.优选地，第一方向与第二方向相互垂直。
20.一种基于无源rfid定位系统的运动轨迹定位方法，该方法包括：
21.得到与时间相关的一组标签位置信息；
22.描绘标签运动的轨迹。
23.优选地，获得标签位置信息的方法包括：
24.s10：获取天线阵列中每个天线阵子的标签相位信息；
25.s20：根据每个天线阵子的标签相位信息分别获得无源标签在第一方向以及与第一方向垂直的第二方向的入射角；
26.s30：通过第一方向以及第二方向的入射角获得无源标签的位置。
27.本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型仅使用一定位阵列天线既可以完成对覆盖场内无源标签的定位，无需放置多台读写器和参考标签；在资产管理、仓储物流等室内应用场景，可以实时获取标签精确位置以及标签运动轨迹；在智能交通应用场景，即使贴有无源标签的车辆处于高速行驶状态，本定位装置仍然能够准确采集标签信息并计算其位置信息，同时可得到车辆行驶轨迹。
附图说明
28.图1是本实用新型的定位装置的结构示意图；
29.图2是本实用新型的阵列天线的结构示意图；
30.图3是本实用新型的标签入射角的计算示意图；
31.图4是本实用新型的标签位置坐标计算示意图。
具体实施方式
32.为了更好的理解本实用新型，下面结合具体实施例和附图对本实用新型进行进一步的描述。
33.如图1所示，本实用新型提供一种无源标签定位装置，该定位装置包括：
34.一无源标签；
35.一阵列天线，该阵列天线包括：
36.一第一方向天线阵列，用于获取无源标签在第一方向的入射角；以及
37.一第二方向天线阵列，用于获取无源标签在第二方向的入射角。
38.本实用新型的阵列天线包括两个不同方向的天线阵列，以获得不同方向的入射角，从而实现对无源标签的位置的获取。
39.本实用新型具体可以应用于车辆的定位以及资产管理、仓储物流等场景，例如该无源标签设置于汽车上，例如贴于汽车前挡风玻璃上，无源标签上载有车辆的所有信息，包括车牌信息、车辆型号、注册时间等；本实用新型设置有一阵列天线，该阵列天线与无源标签之间通过电磁波传播信息，具体地，阵列天线中每一个天线阵子都可以接收到无源标签返回的信号。
40.进一步地，该定位装置还包括一多接收通道rfid读写器，用于实现与无源标签进行通信，rfid读写器是一种与无源标签通信的装置，通过调制到载频上的命令及信息与无源标签进行交互，实现标签数据的读写操作，多接收通道rfid读写器特性为多个接收通道同时对每个天线阵子的接收信号进行处理，实现标签信息采集、并行计算，能够以极高的效
率计算得到标签的位置信息。
41.在本实用新型的一个具体的实施例中，第一方向天线阵列以及第二方向天线阵列分别至少包括两个天线阵子；具体地，该天线阵列包括矩阵排列的四个天线阵子，其中水平排列的阵子构成第一方向天线阵列，竖直方向排列的阵子构成第二方向天线阵列，在该实施例中，为了更加方便地获得标签的坐标，第一方向与第二方向相互垂直。
42.具体如图2所示，该天线阵列包括矩阵排列的四个天线阵子，分别为阵子1、阵子2、阵子3以及阵子4，其中阵子1和阵子2、阵子3和阵子4构成第一方向天线阵列，阵子1和阵子3、阵子2和阵子4构成第二方向天线阵列，在该实施例中，第一方向天线阵列为横向天线阵列，第二方向天线阵列为纵向天线阵列。
43.如图3所示，本实用新型以阵子1和阵子2构成的横向天线阵列进行说明，在该横向天线阵列中，阵子1和阵子2之间的间距为l，以两个阵子在第一方向即横向的中点位置的入射角为横向天线阵列的标签入射角θ，阵子1与无源标签之间的电磁波的传输距离为r1，阵子2与无源标签之间的电磁波的传输距离为r2。
44.rfid读写器发起盘点操作对无源标签进行访问，在接收到无源标签返回的信号后，通过解调得到无源标签返回的基带信号，进一步提取出无源标签信号的相位信息；在rfid读写器与无源标签通信过程中，rfid读写器可以获取到多个无源标签反向信号的相位信息，具体的，在该实施例中，阵子1、阵子2、阵子3以及阵子4都可以接收到无源标签返回的信号，通过计算无源标签返回的基带信号的iq两路幅度值，可以的到反向信号的相位：四个阵子测得相位分别记为和相位范围均为0～360
°
。
45.通过对四个天线阵子的相位进行计算可以分别得到水平方向、垂直方向天线阵列的相位差及入射角。
46.进一步地，假设l<<r，则可以得到如下关系：
[0047][0048]
同时在阵子1、阵子2采集无源标签返回信号的相位时，其相位差为：
[0049][0050]
由于电磁波传播距离与相位的比例关系可得，阵子1、阵子2得到的相位之差与电磁波传播距离之差有正比关系，则相位差记为：
[0051][0052]
其中λ为电磁波波长。
[0053]
根据式(1)和式(3)可得，
[0054][0055]
但由于电磁波传播路径除空间传输外还有rfid读写器接收链路和线缆，不同接收链路及线缆会导致相位的偏差，即固有相位差不为0，其值取无源标签移动到正对天线对时的相位差则两天线阵子实际相位差记为：
[0056]
[0057]
其结果范围为
‑
180
°
～180
°
。
[0058]
水平方向的阵子1和阵子2计算得到水平入射角θ
h
，相同的方法，通过垂直方向上的阵子1和阵子3得到垂直入射角θ
v
。
[0059]
进一步地，如图4所示，通过阵列天线获取标签的水平入射角θ
h
、垂直入射角θ
v
以及天线安装高度h；则通过三角函数计算可以的到标签的位置(x，y)，其中：
[0060]
x＝h sinθ
h
/sinθ
v
ꢀꢀ
(6)
[0061][0062]
当阵列天线俯仰角(与水平面夹角)不为0时，标签位置的计算还需要代入天线俯仰角，不再具体列出。
[0063]
进一步地，提供一种无源rfid定位系统，该定位系统包括上述无源rfid定位装置，还包括一后台服务器，后台服务器控制rfid读写器持续对覆盖区域内所有无源标签进行访问，在获取所有无源标签位置信息后进行数据筛选、算法处理，完成无源标签位置的统计计算及运动状态的无源标签的运动轨迹。
[0064]
进一步地，定位装置中的后台服务器向rfid读写器发送指令，使rfid读写器持续对覆盖区域内的无源标签进行访问，则rfid读写器每一次访问都可以得到每个无源标签的位置信息，但由于环境干扰及多径效应等因素会导致位置信息有一定的误差，因此后台服务器会通过软件算法对rfid读写器上传的无源标签位置信息进行处理，得到相对准确的无源标签位置信息。而对于运动中的无源标签，则可以得到与时间相关的一组标签位置信息，可以描绘出标签运动的轨迹。
[0065]
进一步地，本实用新型提供一种基于无源rfid定位装置的定位方法，该方法包括：
[0066]
s10：获取天线阵列中每个天线阵子的标签相位信息；
[0067]
s20：根据每个天线阵子的标签相位信息分别获得rfid无源标签在第一方向以及与第一方向垂直的第二方向的入射角；
[0068]
s30：通过第一方向以及第二方向的入射角获得rfid无源标签的位置。
[0069]
其中，第一方向天线阵列以及第二方向天线阵列分别包括两个天线阵子。
[0070]
进一步地，提供一种基于无源rfid定位系统的运动轨迹定位方法，该方法包括：
[0071]
得到与时间相关的一组标签位置信息；
[0072]
描绘标签运动的轨迹。
[0073]
进一步地，获得标签位置信息的方法包括：
[0074]
s10：获取天线阵列中每个天线阵子的标签相位信息；
[0075]
s20：根据每个天线阵子的标签相位信息分别获得无源标签在第一方向以及与第一方向垂直的第二方向的入射角；
[0076]
s30：通过第一方向以及第二方向的入射角获得无源标签的位置。
[0077]
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。