一种超高频RFID系统测速方法与流程

一种超高频rfid系统测速方法
技术领域
1.本发明属于射频识别领域，具体涉及一种超高频rfid系统测速方法。


背景技术：

2.在rfid的应用场景中有时会有测速需求，如公路或停车场的调度管理系统，为了评估道路的拥堵情况，需要已经部署的机动车电子标识系统能够采集各车辆的运动速度；智能库房的调度系统需要通过各rfid识读设备获取流水线或机器人运载的附着了rfid电子标签的货物的运动情况等。
3.针对这种需求，已经产生了能够测量多普勒频移的rfid识读设备及速度计算方法，但是这种方案成本高，方法比较复杂，不利于集成到rfid应用系统中；还有一些基于rfid标签信号强度、识读率对速度进行估计的方法，这些方法精度较差、算法复杂度较高，实用性较差。
4.因此，迫切一种精度较高、成本较小的rfid测速方法，以拓展rfid的应用场景。本发明正是根据这种现实需求产生的。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.本发明要解决的技术问题是如何提供一种超高频rfid系统测速方法，以解决现有的方法精度较差、算法复杂度较高，实用性较差。
7.(二)技术方案
8.为了解决上述技术问题，本发明提出一种超高频rfid系统测速方法，该方法包括如下步骤：
9.s1、设备部署步骤：将rfid识读设备天线部署在待监测通道一旁或正上方并使其正对着待监测通道；
10.s2、数据采集步骤：在监测过程中rfid识读设备对其识读范围内的rfid标签进行识别并记录标签信息、标签信号的相位及每一次识别的时间戳即数据组合[epcn,θn,tn]，其中n表示数据组合按照获取先后顺序排序的序号；
[0011]
s3、数据整理步骤：对特定时间段内获取到的数据组合按照epc编码进行整理，得到该时间段内处于rfid识读设备识读范围内的各个标签的相位及时间戳组合[θi,ti]；
[0012]
s4、速度计算步骤：对采集到的rfid标签的相位及时间戳信息进行处理，求取附着rfid标签的物体的运动速度。
[0013]
进一步地，所述步骤s1中，rfid天线到通道的垂直距离为h，rfid天线与rfid标签的距离为s，rfid标签到rfid天线中心在通道上的投影点的距离为d，单位时间d的变化量就是我们关注的物体的运动速度，标签响应信号的相位与d的关系为：其中λ为超高频rfid信号的波长。
[0014]
进一步地，所述步骤s4具体包括：边沿检测步骤、运算条件判断步骤和运算步骤。
[0015]
进一步地，所述边沿检测步骤包括：在rfid标签首次进入识读范围开始，如果θ
i-θ
i-1
＞th，则判定rfid标签响应信号出现一个突变的上升沿；如果θ
i-θ
i-1
＜-th，则判定rfid标签响应信号相位出现一个突变的下降沿，对检测到的上升沿计数为r，下降沿计数为n。
[0016]
进一步地，阈值th为π/4。
[0017]
进一步地，所述运算条件判断步骤包括：判断获取到的上升沿下降沿情况是否满足运算条件，条件1为：捕获到了一定数量的上升沿和首个下降沿，即r》1,n》＝1；条件2为：捕获到了最后一个上升沿和一定数量的下降沿，即r》＝1,n》1；若满足条件1或条件2中的一个，则进行一次运算；若条件1与条件2都满足则进行两次运算；若两个条件都不满足则无法进行运算，本次计算失败，继续采集一段时间数据再进行判断。
[0018]
进一步地，所述运算步骤包括：对满足运算条件的数据，按照下式进行速度计算：
[0019][0020]
式中r为检测到上升沿个数，n为检测到下降沿个数，λ为超高频rfid信号的波长，h为rfid识读设备天线到通道的距离，t1为检测到的首个上升沿的两点的时间戳的平均值，t2最后检测到的上升沿两点时间戳的平均值，t3为首个检测到的下降沿两点的时间戳平均值，t4为最后检测到的下降沿两点时间戳的平均值。
[0021]
进一步地，对于满足条件1和条件2中一个的标签，将运算结果直接作为速度计算值；对于同时满足条件1和条件2的标签，将两次运算结果的平均值作为速度的计算值。
[0022]
进一步地，该方法应用于公路或停车场的调度管理系统，该通道为公路或停车场的道路。
[0023]
进一步地，该方法应用于智能库房的调度系统，该通道为流水线。
[0024]
(三)有益效果
[0025]
本发明提出一种超高频rfid系统测速方法，本发明公开了一种超高频rfid系统测速方法。该方法包括：(1)设备部署。将rfid识读设备天线部署在待监测通道一旁或正上方，并使其正对着待监测通道。(2)数据采集。利用超高频rfid读写器采集待测速物体上附着的rfid标签的标签数据和相位信息，并将其与采集到数据时的时间戳信息一同记录起来；(3)数据整理。将采集到的标签数据信息按标签进行整理，得到每个标签的相位与时间戳信息。(4)速度计算。对采集到的rfid标签的标签数据及相位信息进行处理，求取附着rfid标签的物体的运动速度。
[0026]
本发明提出的方法具有运算量小、实时性高、便于整合到已有超高频rfid系统的特点，在机动车电子标识、智能仓储等有测速需求的场合,具有很高的实用价值。
附图说明
[0027]
图1为本发明的超高频rfid系统测速的场景示意图；
[0028]
图2为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
[0029]
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0030]
本发明公开了一种超高频rfid系统测速方法。该方法包括：(1)设备部署。将rfid识读设备天线部署在待监测通道一旁或正上方，并使其正对着待监测通道。(2)数据采集。利用超高频rfid读写器采集待测速物体上附着的rfid标签的标签数据和相位信息，并将其与采集到数据时的时间戳信息一同记录起来；(3)数据整理。将采集到的标签数据信息按标签进行整理，得到每个标签的相位与时间戳信息。(4)速度计算。对采集到的rfid标签的标签数据及相位信息进行处理，求取附着rfid标签的物体的运动速度。
[0031]
本发明提出的方法具有运算量小、实时性高、便于整合到已有超高频rfid系统的特点，在机动车电子标识、智能仓储等有测速需求的场合,具有很高的实用价值。
[0032]
本发明的目的是提出一种超高频rfid系统测速方法，对附着有rfid电子标签的物体的运动速度进行计算。
[0033]
该方法充分利用超高频rfid识读设备采集到的rfid标签响应信号的相位信息与rfid标签发出响应时与rfid识读设备的天线之间距离的线性关系，以及rfid标签响应信号相位变化的周期性，并利用rfid识读设备获取到的rfid标签响应相位存在180
°
相位模糊的问题，实现物体运动速度的计算。
[0034]
该方法包括：
[0035]
s1、设备部署步骤：将rfid识读设备天线部署在待监测通道一旁或正上方并使其正对着待监测通道。
[0036]
s2、数据采集步骤：在监测过程中rfid识读设备对其识读范围内的rfid标签进行识别并记录标签信息、标签信号的相位及每一次识别的时间戳即数据组合[epcn,θn,tn]，其中n表示数据组合按照获取先后顺序排序的序号。
[0037]
s3、数据整理步骤：对特定时间段内获取到的数据组合按照epc编码进行整理，得到该时间段内处于rfid识读设备识读范围内的各个标签的相位及时间戳组合[θi,ti]。
[0038]
s4、速度计算步骤：对采集到的rfid标签的相位及时间戳信息进行处理，求取附着rfid标签的物体的运动速度。
[0039]
利用rfid标签信号相位与rfid标签到天线距离s的关系，在rfid标签首次进入识读范围开始，如果θ
i-θ
i-1
＞th，则判定rfid标签响应信号出现一个突变的上升沿；如果θ
i-θ
i-1
＜-th，则判定rfid标签响应信号相位出现一个突变的下降沿，阈值th可选为π/4。对检测到的上升沿计数为r,对检测到的下降沿计数为n，检测到的首个上升沿的两个相位时间组合中时间平均值记为t1，最后检测到的上升沿的两个相位时间组合中时间平均值记为t2，首个检测到的下降沿的两个相位时间组合中时间平均值记为t3，最后检测到下降沿的两个相位时间组合中时间平均值记为t4。则附着有rfid标签物体首次被检测到相位上升沿时的时间近似为t1，物体到达正对天线位置的时间近似为(t3+t2)/2，物体从首次被检测到相位上升沿至运动到正对天线所用时间为：
[0040]
t＝(t3+t2)/2-t1[0041]
物体首次被检测到相位上升沿时的s近似为λ(r-1)+h，λ为超高频rfid信号的波长，对应的d近似为：
[0042][0043]
则物体运动速度可用下式近似求得：
[0044][0045]
同理，可利用物体逐渐远离rfid天线过程中采集到的数据计算物体的运动速度：
[0046][0047]
在采集到的数据足够充分的前提下，可进行两次计算，分别求得物体运动速度v1和v2，为了提升精度可取v1和v2的平均值作为计算结果，如果采集到的数据不够充分，只能计算出一个速度值，则取该速度值为计算结果，否则速度测量失败。
[0048]
实施例1：
[0049]
本发明利用了rfid标签响应的相位与rfid标签到rfid天线之间距离具有线性关系的特点，并充分考虑到实际应用中rfid标签响应信号相位采集过程中的相位变化的周期性导致的边沿跳变现象及由rfid识读设备求解相位的原理导致的相位模糊的问题，采用基于阈值的相位信息边沿检测方法确定从标签被稳定识读开始至其运动到正对rfid天线的位置过程中rfid标签到rfid天线距离s的变化量，由于h已知则可确定该标签在被rfid识读设备稳定识读时距离天线中心的距离s，进一步可求得物体在通道方向上的行进距离d，并结合通过读写器对rfid标签的识读时间的运算求得的物体在通道方向上的运行时间t，最终可求得物体的近似运动速度v。
[0050]
本方法流程示意图如图2所示。
[0051]
设备部署步骤s1：将rfid识读设备的天线部署在待监测通道旁或正上方并使其正对待监测通道。其中rfid天线到通道的垂直距离为h，rfid天线与rfid标签的距离为s，rfid标签到rfid天线中心在通道上的投影点的距离为d，单位时间d的变化量就是我们关注的物体的运动速度。标签响应信号的相位与d的关系为：其中λ为超高频rfid信号的波长。
[0052]
数据采集步骤s2：rfid识读设备记录采集到的各rfid标签的数据信息、信号的相位信息、识读时刻的时间戳信息[epcn,θn,tn]。
[0053]
数据整理步骤s3：将这些信息按照标签epc数据进行整理并按照时间的先后顺序排序，得到每个标签的相位与时间戳的组合[θi,ti]。
[0054]
速度计算步骤s4：速度计算步骤包括边沿检测步骤、运算条件判断步骤、运算步骤三个子步骤。
[0055]
边沿检测子步骤s41：采用基于阈值判决的方法对运动过程中的rfid标签响应信号的相位的突变情况进行判断，具体是：在rfid标签首次进入识读范围开始，如果θ
i-θ
i-1
＞th，则判定rfid标签响应信号出现一个突变的上升沿；如果θ
i-θ
i-1
＜-th，则判定rfid标签响应信号相位出现一个突变的下降沿，阈值th可选为π/4。对检测到的上升沿计数为r,下降沿计数为n。
[0056]
运算条件判断子步骤s42：判断获取到的上升沿下降沿情况是否满足运算条件，具体是：捕获到了一定数量的上升沿和首个下降沿(条件1)，即r》1,n》＝1；捕获到了最后一个上升沿和一定数量的下降沿(条件2)，即r》＝1,n》1。若满足条件1或条件2中的一个，则可以进行一次运算；若条件1与条件2都满足则可以进行两次运算；若两个条件都不满足则无法进行运算，本次计算失败，可继续采集一段时间数据再进行判断。
[0057]
运算子步骤s43：对满足运算条件的数据，可按照下式进行速度计算：
[0058][0059]
式中r为检测到上升沿个数，n为检测到下降沿个数，λ为超高频rfid信号的波长，h为rfid识读设备天线到通道的距离，t1为检测到的首个上升沿的两点的时间戳的平均值，t2最后检测到的上升沿两点时间戳的平均值，t3为首个检测到的下降沿两点的时间戳平均值，t4为最后检测到的下降沿两点时间戳的平均值。对于满足条件1和条件2中一个的标签，将运算结果直接作为速度计算值；对于同时满足条件1和条件2的标签，将两次运算结果的平均值作为速度的计算值。
[0060]
进一步地，该方法应用于公路或停车场的调度管理系统，该通道为公路或停车场的道路。
[0061]
进一步地，该方法应用于智能库房的调度系统，该通道为流水线。
[0062]
实施例2：
[0063]
一种超高频rfid系统测速方法，包括：
[0064]
(1)设备部署步骤：将rfid识读设备的天线部署在待监测通道旁或正上方并使其正对待监测通道。
[0065]
(2)数据采集步骤：rfid识读设备记录采集到的各rfid标签的数据信息、信号的相位信息、识读时刻的时间戳信息[epcn,θn,tn]。
[0066]
(3)数据整理步骤：将数据采集步骤得到的[epcn,θn,tn]按照标签的epc编码进行整理，得到每个标签的相位信息与时间戳组合[θi,ti]。
[0067]
(4)速度计算步骤，具体包括边沿检测步骤、运算条件判断步骤、运算步骤三个步骤。
[0068]
进一步地，速度计算步骤中，边沿检测方法包括：
[0069]
采用基于阈值的判决方法对运动中的rfid标签的相位信息突变情况进行判断，如果θ
i-θ
i-1
＞th，则判定rfid标签响应信号出现一个突变的上升沿；如果θ
i-θ
i-1
＜-th，则判定rfid标签响应信号相位出现一个突变的下降沿，经实测阈值th可选为π/4。对检测到的上升沿计数为r,下降沿计数为n。
[0070]
进一步地，速度计算步骤中，运算条件判断方法包括：
[0071]
采用本方法进行速度计算的两个前提条件：捕获到了一定数量的上升沿和首个下降沿(条件1)，即r》1,n》＝1；捕获到了最后一个上升沿和一定数量的下降沿(条件2)，即r》＝1,n》1。并对已经采集到的特定标签的信息是否满足这两个条件进行判断。
[0072]
进一步地，速度计算步骤中，运算方法包括：
[0073]
rfid标签运动速度计算如下：
[0074][0075]
式中r为检测到上升沿个数，n为检测到下降沿个数，λ为超高频rfid信号的波长，h为rfid识读设备天线到通道的距离，t1为检测到的首个上升沿的两点的时间戳的平均值，t2最后检测到的上升沿两点时间戳的平均值，t3为首个检测到的下降沿两点的时间戳平均值，t4为最后检测到的下降沿两点时间戳的平均值。对于满足条件1和条件2中一个的标签，将运算结果直接作为速度计算值；对于同时满足条件1和条件2的标签，将两次运算结果的平均值作为速度的计算值。
[0076]
本发明提出的方法具有运算量小、实时性高、便于整合到已有超高频rfid系统的特点，在机动车电子标识、智能仓储等有测速需求的场合,具有很高的实用价值。
[0077]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。