基于微波电磁成像的无源射频标签识别系统和方法

本发明涉及无线通信天线领域，特别是涉及基于微波电磁成像的无源射频标签识别系统和方法。

背景技术：

1、rfid技术是一种通过无线射频信号实现物品自动识别和跟踪的技术。在rfid系统中，通常通过将一个小型的射频标签贴在物品上，并使用一个读取器读取标签发送的射频信号，实现对物品的识别和跟踪。

2、目前市场上的大部分射频标签技术都需要进行复杂的射频电路设计成本较高。为满足低成本rfid标签识别技术的需求，需要开发一种低成本的rfid标签识别系统。

技术实现思路

1、为解决目前射频标签技术都需要进行复杂的射频电路设计成本较高的问题，本发明提供了一种基于微波电磁成像的无源射频标签识别系统及方法，基于电磁成像的低成本rfid标签识别系统将电磁成像技术与rfid技术相结合，通过利用电磁波的传输和反射特性，实现对射频标签的识别和跟踪。该系统可以实现对不同形状和材质物品的识别，并且具有成本低、可靠性高的优点。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、第一方面，本技术实施例提供了一种基于微波电磁成像的无源射频标签识别系统，包括二维多发多收收发紧密阵列天线面板及所述二维多发多收收发紧密阵列天线面板对应的射频前端控制电路模块、空间杂波滤波模块、模数转换模块(adc)、数字信号处理模块(dsp)和成像识别结果显示器。

4、作为本发明的进一步方案，所述二维多发多收收发紧密阵列天线面板模块包括一组发射天线阵列和一组接收天线阵列，发射天线可以通过发射天线阵列射频前端控制电路进行相位控制，其构成一组相控阵，实现空间中的波束扫描。

5、作为本发明的进一步方案，所述空间杂波滤波模块包括一个带通滤波器和一个空间同频电磁噪声消除模块，带通滤波器可以有效抑制空间中的非成像电磁信号频段的频率，防止频带以外的高频信号和低频信号对系统成像质量产生影响，空间同频电磁噪声消除模块可以进一步消除空间中的同频噪声。

6、作为本发明的进一步方案，所述模数转换模块(adc)可以将电磁模拟信号转换为数字信号，便于后续的数字信号处理。

7、作为本发明的进一步方案，所述数字信号处理模块包括一块具有特定数字信号处理的芯片，具有专一特定的快速傅里叶变换运算加速功能，可以对电磁信号进行处理，提取有效信息。

8、作为本发明的进一步方案，接收天线阵列的射频前端控制电路模块和发射天线阵列的射频前端控制电路模块分别控制接收天线阵列和发射天线阵列的射频馈电，同时，发射天线射频前端控制电路模块设有一个发射信号控制模块，具有控制所发射电磁信号的波形、相位的功能。

9、作为本发明的进一步方案，所述发射信号控制模块还具有时钟对齐的功能，能够将时钟与数字信号处理模块的时钟相对齐，保证信号收发的时间计算准确性。

10、作为本发明的进一步方案，该系统能够实现对无源射频标签的识别，提高了标签识别的准确性和效率，该系统在工业自动化、物流管理、安防监控等领域具有广泛的应用前景，该系统具有简单、可靠、高效的特点，可以在工业生产中实现大规模应用。

11、作为本发明的进一步方案，所述基于微波电磁成像的无源射频标签识别系统中无源射频标签的图案采用呈现离散的二维码形式，其中，二维码外围由一个正方形框包围，正方形框内设有离散金属散点，正方形框包围便于进行在空间中的定位，在方框内的离散金属散点能够具有与二维码相等的信息储存能力，同时，离散的金属散点设置能够保证成像分辨率，信息的储存与读取具有鲁棒性。

12、作为本发明的进一步方案，所述二维码由导电油墨加工而成，其成本较低，有与金属相同的电磁波反射特性，且能够在散点处实现电磁波的近似全反射。

13、第二方面，本技术实施例提供了一种基于微波电磁成像的无源射频标签识别方法，包括：

14、基于波束形成的射频标签位置标定算法，确定rfid二维码标签图案的中心在成像区域位置；

15、基于多维阵列信号的快速傅里叶变换成像算法，得到所需的rfid图案信息；

16、基于算子学习的超分辨率电磁图像重建算法，进行rfid二维码图形重建。

17、作为本发明的进一步方案，基于波束形成的射频标签位置标定算法，确定rfid二维码标签图案的中心在成像区域位置，包括：

18、利用高增益发射天线相控阵进行所在空间的窄波束扫描，确定rfid图形在空间中的距离和方位角；

19、基于rfid图案的反射与谐振特性，利用相控阵雷达定位算法进行扫描定位，得到确定的方位角和z方向的距离，并以确定rfid二维码标签图案的中心在方向上位置，以中心点预设半径区域作为成像区域。

20、作为本发明的进一步方案，基于多维阵列信号的快速傅里叶变换成像算法，得到所需的rfid图案信息，包括：

21、模拟发射天线发射信号，接收天线接收信号的过程，得到接收信号的三维存储数据；

22、利用接收信号的三维数据重建出目标在成像空间的反射系数分布，即得到所需的rfid图案信息。

23、第二方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述基于微波电磁成像的无源射频标签识别方法的步骤。

24、第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述基于微波电磁成像的无源射频标签识别方法的步骤。

25、与现有技术相比较而言，本发明提供的基于微波电磁成像的无源射频标签识别系统和方法包括以下有益效果：

26、1.提高无源射频标签识别的精准度：采用二维多发多收收发紧密阵列天线面板，能够对无源射频标签进行精准的成像识别，避免了传统单一天线的误差和不足，提高了识别的准确性。

27、2.提高无源射频标签识别的速度：采用数字信号处理模块，能够快速处理电磁信号，提高了无源射频标签的识别速度，从而提高了整个系统的效率。

28、3.降低误差率：采用空间杂波滤波模块，能够对接收天线信号进行降噪处理，有效抑制了非成像电磁信号产生的干扰，降低了误差率，提高了识别的准确性。

29、4.提高系统的可控性：采用接收天线阵列射频前端控制电路模块和发射天线阵列射频前端控制电路，能够对天线的射频馈电进行精准控制，提高了系统的可控性，避免了射频馈电带来的误差和不足。

30、5.提高系统的稳定性：采用时钟对齐功能，能够将时钟与数字信号处理模块的时钟相对齐，保证信号收发的时间计算准确性，提高了系统的稳定性，避免了时钟带来的误差和不足。

31、6.提高系统的实时性：采用成像识别结果显示器，能够实时显示识别结果，提高了系统的实时性，方便了操作人员对识别结果的及时处理。

32、本技术的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。