一种射频识别标签运动状态的识别方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种射频识别标签运动状态的识别方法及系统，该方法包括：在查验点两侧各设定一个定向天线，两个定向天线均朝向查验点的相反方向，并设定区分正向通过与不通过的区分阀值和反向通过与不通过的区分阈值；将两个定向天线读取的同一射频识别标签的信号强度作差，形成差值曲线；以正弦函数为母函数，对差值曲线进行卷积计算，得到响应曲线；选取响应曲线上的特征参数并与步骤A设定的阀值进行比较，得到射频识别标签正向通过、反向通过、不通过查验点的判断结论。该系统包括阀值设定与存储模块、差值曲线生成模块、响应曲线生成模块以及比较与分析模块。本发明的识别误差小且可同时判断标签的运动方向和运动速度，简单方便。
【专利说明】一种射频识别标签运动状态的识别方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及射频识别领域，特别是涉及一种射频识别标签运动状态的识别方法及系统。
【背景技术】
[0002]在有源射频识别(RFID)系统中，存在一大类系统对RFID标签的通过和通过方向进行识别的应用需求，比较典型的应用包括涉密/重要资产的进出查验系统、人员的进出自动登记系统、车辆的无障碍通行查验系统。
[0003]这类系统一般由携带RFID标签的资产、人员或者车辆和查验点两部分组成，其中查验点一般包含一套RFID识读设备和一套查验软件。
[0004]一个典型的有源RFID进出识别判断系统组成如图1所示。在这类有源RFID进出识别系统中，在查验点两侧各设定一个定向天线，且两个定向天线均朝向查验点的反方向，根据RFID标签通过查验点过程中两个定向天线的识别信号强度大小差异而得出RFID标签的运动方向，从而判断出RFID标签代表的资产、人员或者车辆的进出情况，进行相应的自动登记或报警处理。
[0005]上述现有的射频识别系统通常只能识别RFID标签是否通过查验点，无法对RFID标签的运动速度进行判断，当RFID标签在查验点附近活动时容易产生错误的判断，并且由于信号强度极易受到环境因素的影响而发生波动，使得该识别系统和方法判断误差较大，准确率低，不适于推广应用。
[0006]由此可见，上述现有的一种射频识别标签的识别技术在应用上，仍存在有不便与缺陷，亟待加以进一步改进。如何能创设一种计算简单、误差小、可同时判断标签运动方向和速度的的新的射频识别标签运动状态的识别方法及系统，实属当前重要研发课题之一。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是提供一种射频识别标签运动状态的识别方法及系统，使其计算简单、误差小且可同时判断标签运动方向和速度，从而克服现有的射频识别系统判断误差大、无法判断运行速度的不足。
[0008]为解决上述技术问题，本发明提供一种射频识别标签运动状态的识别方法，包括以下步骤:A、在查验点两侧各设定一个定向天线，两个定向天线均朝向查验点的相反方向，并设定区分正向通过与不通过的区分阀值和反向通过与不通过的区分阈值；B、将两个定向天线读取的同一射频识别标签的信号强度作差，形成差值曲线；C、以正弦函数为母函数，对差值曲线进行卷积计算，得到响应曲线；D、选取响应曲线上的特征参数并与步骤A设定的阀值进行比较，得到射频识别标签正向通过、反向通过、不通过查验点的判断结论。
[0009]作为本发明的一种改进，所述的区分正向通过与不通过的区分阀值和反向通过与不通过的区分阈值经以下步骤设定:A1、在定向天线设定好后，建立标签正向通过、标签不通过和标签反向通过三组测试样本；A2、在同一测试样本中，将两个定向天线读取的射频识别标签的信号强度作差，形成差值曲线；A3、以正弦函数为母函数，对差值曲线进行卷积计算，得到响应曲线；A4、选取各测试样本的响应曲线上的特征参数，计算正向通过与不通过的区分阀值S1和反向通过与不通过的区分阈值δ2，计算公式为:
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a i为标签正向通过的样本的特征参数，β i为标签不通过的样本的特征参数，Y i为标签反向通过的样本的特征参数，N为各组测试样本的样本数量。
[0012]所述的步骤D还包括计算射频识别标签的运动速度，计算公式为:V = 2df，其中，d为两个定向天线之间的距离，f为特征参数对应的频率值。
[0013]所述的特征参数为响应曲线的绝对值最大点。
[0014]所述的对差值曲线进行卷积计算的公式为:
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[0017]所述的N不小于100。
[0018]对应的，本发明还提供了应用上述方法的射频识别标签运动状态的识别系统，包括:阀值设定与存储模块，用于设定区分正向通过与不通过的区分阀值和反向通过与不通过的区分阈值；差值曲线生成模块，用于将两个定向天线读取的同一射频识别标签的信号强度作差，形成差值曲线；响应曲线生成模块，用于以正弦函数为母函数，对差值曲线进行卷积计算得到响应曲线；比较与分析模块，用于选取响应曲线上的特征参数并与阀值设定与存储模块中存储的阀值进行比较，得到射频识别标签正向通过、反向通过、不通过查验点的判断结论。
[0019]作为进一步改进，本发明的系统还包括速度计算模块，用于计算射频识别标签的运动速度。
[0020]采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点:
[0021]1、本发明通过两个定向天线的信号差值曲线，可以得到RFID标签的运动趋势，避免环境对判断结果的影响，从而得以准确的判断RFID标签的通过方向，同时可对RFID标签的运动速度做出估算。
[0022]2、本识别方法通过对差值曲线进行卷积计算，进一步减小了判断误差，准确度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0024]图1是一种现有射频识别标签识别判断系统组成。
[0025]图2是本发明的射频识别方法的定向天线的位置关系图。
[0026]图3是本发明的定向天线A和定向天线B读取的信号强度与时间的曲线关系图。
[0027]图4是运动方向由Pa到Pb时，定向天线A与定向天线B的差值曲线。
[0028]图5是运动方向由Pb到Pa时,定向天线A与定向天线B的差值曲线。
[0029]图6是运动方向由Pa到Pb时，慢速通过查验点的差值曲线。
[0030]图7是运动方向由Pa到Pb时，快速通过查验点的差值曲线。
[0031]图8是在查验点附近不通过时的差值曲线。
[0032]图9是通过查验点时的响应曲线。
[0033]图10是与图9反方向通过查验点时的响应曲线。
[0034]图11是与图9同向但速度不同通过查验点时的响应曲线。
[0035]图12是不通过查验点时的响应曲线。
[0036]图13是不同运动状态的特征参数分布图。
【具体实施方式】
[0037]本发明提供了主要由阀值设定与存储模块、差值曲线生成模块、响应曲线生成模块、比较与分析模块和速度计算模块组成的射频识别标签运动状态的识别系统，其对应的射频识别标签运动状态的识别方法的具体步骤包括:首先，在查验点两侧各设定一个定向天线，两个定向天线均朝向查验点的相反方向，并设定区分正向通过与不通过的区分阀值和反向通过与不通过的区分阈值；之后，将两个定向天线读取的同一射频识别标签的信号强度作差，形成差值曲线；然后，以正弦函数为母函数，对差值曲线进行卷积计算，得到响应曲线；最后，选取响应曲线上的特征参数并与阀值进行比较，即可得到射频识别标签正向通过、反向通过、不通过查验点的判断结论。
[0038]进一步具体来说，本发明对RFID标签运动方向的识别方法判断过程如下。
[0039]参照图2所示，首先，在查验点的两侧各设定一个定向天线，使两个定向天线的朝向相反。在RFID标签通过查验点的过程中，在一定的识读范围内，两个定向天线可同时读取到该RFID标签的信号。
[0040]假设RFID标签的运动方向为从Pa位置运动到Pb位置，在运动过程中，当RFID标签位于A侧时，理论上，从定向天线A读取到的RFID标签的信号强度要大于从定向天线B读取到的信号强度。但是由于RFID标签发出的信号会受到环境的影响，因此，上述理论上的假设在实际环境中并非总是成立。
[0041]RFID标签在实际运动过程中定向天线A读取的信号强度和定向天线B读取的信号强度与时间的曲线关系如图3所示。其中，横坐标表示时间，纵坐标表示信号强度，实线代表定向天线A读取的信号强度，虚线代表定向天线B读取的信号强度。
[0042]两条曲线的趋势都是由最低值达到峰值，再减少到最低值，这反映了 RFID标签由远到近再到远的运动过程。只是两条曲线在时间上会有一定的差值，这个差值是由两个天线的位置和朝向造成的。环境对信号强度的影响会造成强度曲线的波动，但是强度曲线的趋势和在时间上的差是固定存在的，而且两条曲线到达峰值的前后和RFID标签的运动方向相关，差值的大小与运动速度相关。
[0043]在本实施例中，使用定向天线A读取的RFID标签的信号强度减去定向天线B读取的同一个RFID标签的信号强度，得到不同运动方向通过查验点时，两个定向天线的差值曲线，如图4、图5所示，其中，横坐标表示时间，纵坐标表示信号强度。
[0044]由图中曲线可以看出，运动方向不同时，曲线呈现不同相位的类似正弦曲线。无论环境影响如何，曲线的趋势不变，只是受环境的影响，曲线并不是光滑的正弦曲线。参照图6、7所示，运动方向相同、运动速度不同时，得到的正弦差值曲线的频率不同，其中，横坐标表示时间，纵坐标表示信号强度。
[0045]同时，绘制在查验点一侧活动但不通过查验点时的差值曲线，参照图8所示，相比通过查验点的差值曲线，在查验点同一侧活动而没有通过查验点的差值曲线没有明显的正弦曲线的特征，其中，横坐标表示时间，纵坐标表示信号强度。
[0046]为了准确的区分出RFID标签是否通过查验点及通过查验点的RFID标签的通过方向，分析两个定向天线的差值曲线，采用公式(I)，以正弦函数为母函数，通过伸缩形成一族小波函数，再利用公式(2)对时域中的差值曲线进行卷积计算，形成变换后的响应曲线。
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[0050]将不同运动状态下的差值曲线按照公式(I) (2)进行变换后得到相应的响应曲线，参照图9-12所示，其中，横坐标为频率，单位Hz，纵坐标为卷积幅度。
[0051]从图9-12中可以看出，通过查验点的响应曲线振幅较大，有明显的极值点，未通过查验点的响应曲线振幅较小，极值点不明显。采用不同的RFID标签分别多次正向通过查验点、反向通过查验点及在查验点附近活动不通过，根据每次RFID标签通过查验点时的信号强度，得到相应的响应曲线。以响应曲线上绝对值最大的点作为特征参数，绘制每次获取的RFID标签的特征参数的特征值的分布图，参照图13所示。其中，系列I是正向通过查验点的特征参数，系列2是反向通过查验点的特征参数,系列3是没有通过查验点的特征参数。为减小误差，每组特征值的采集数量应不小于100个。
[0052]从图13可以看出，从正向、反向通过查验点和在查验点附近活动不通过的特征值分别集中分布在一定的范围内，通过特征值所处的范围即可判断该RFID标签的运动状态。因此，可为区分正向通过与不通过、反向通过与不通过分别设定一个阀值，通过判断RFID标签的特征值处于何种阀值范围内即可判断RFID标签的运动状态。
[0053]在对标签通过状态做出判断的同时，本发明还可根据差值曲线的频率计算射频识别标签的运动速度，具体的计算公式为:
[0054]V = 2df
[0055]其中，d为两个定向天线之间的距离，f为特征参数对应的频率值。
[0056]本发明中的阈值的设定，可在系统建起后，建立标签正向通过、标签不通过和标签反向通过三组测试样本，之后按照上述识别方法进行多次试验，获取各测试样本的特征参数，从而计算正向通过与不通过的区分阀值S1和反向通过与不通过的区分阈值s2，，计算公式为:
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α ?为标签正向通过的样本的特征参数，β i为标签不通过的样本的特征参数，Y i为标签反向通过的样本的特征参数，N为各组测试样本的样本数量，且N ^ 100。
[0059]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种射频识别标签运动状态的识别方法，其特征在于包括以下步骤: A、在查验点两侧各设定一个定向天线，两个定向天线均朝向查验点的相反方向，并设定区分正向通过与不通过的区分阀值和反向通过与不通过的区分阈值； B、将两个定向天线读取的同一射频识别标签的信号强度作差，形成差值曲线； C、以正弦函数为母函数，对差值曲线进行卷积计算，得到响应曲线； D、选取响应曲线上的特征参数并与步骤A设定的阀值进行比较，得到射频识别标签正向通过、反向通过、不通过查验点的判断结论。
2.根据权利要求1所述的一种射频识别标签运动状态的识别方法，其特征在于所述的区分正向通过与不通过的区分阀值和反向通过与不通过的区分阈值经以下步骤设定: Al、在定向天线设定好后，建立标签正向通过、标签不通过和标签反向通过三组测试样本； A2、在同一测试样本中，将两个定向天线读取的射频识别标签的信号强度作差，形成差值曲线； A3、以正弦函数为母函数，对差值曲线进行卷积计算，得到响应曲线； A4、获取各测试样本的响应曲线上的特征参数，计算正向通过与不通过的区分阀值δ i和反向通过与不通过的区分阈值δ2，计算公式为:
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7Jt — iy4 ■?.Ai I4 _ i.，标签正向通过的样本的特征参数，β i为标签不通过的样本的特征参数，Yi为标签反向通过的样本的特征参数，N为各组测试样本的样本数量。
3.根据权利要求2所述的一种射频识别标签运动速度的识别方法，其特征在于:所述的步骤D还包括计算射频识别标签的运动速度，计算公式为:V = 2df，其中，d为两个定向天线之间的距离，f为特征参数对应的频率值。
4.根据权利要求3所述的一种射频识别标签运动状态的识别方法，其特征在于:所述的特征参数为响应曲线的绝对值最大点。
5.根据权利要求2所述的一种射频识别标签运动状态的识别方法，其特征在于所述的对差值曲线进行卷积计算的公式为:
f W) = I dtf(t)g(uj,t)
h 、 其中，#UJ,o = jlsra(wr) '城 切2)
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6.根据权利要求2所述的一种射频识别标签运动状态的识别方法，其特征在于:所述的N不小于100。
7.一种应用权利要求1-6中任一项所述方法的射频识别标签运动状态的识别系统，其特征在于包括: 阀值设定与存储模块，用于设定区分正向通过与不通过的区分阀值和反向通过与不通过的区分阈值； 差值曲线生成模块，用于将两个定向天线读取的同一射频识别标签的信号强度作差，形成差值曲线； 响应曲线生成模块，用于以正弦函数为母函数，对差值曲线进行卷积计算得到响应曲线.比较与分析模块，用于选取响应曲线上的特征参数并与阀值设定与存储模块中存储的阀值进行比较，得到射频识别标签正向通过、反向通过、不通过查验点的判断结论。
8.根据权利要求7所述的射频识别标签运动状态的识别系统，其特征在于还包括速度计算模块，用于计算射频识别标签的运动速度。
【文档编号】G06K7/00GK104134054SQ201410384235
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】张革军, 吕丰训 申请人:北京烽火联拓科技有限公司