[发明专利]一种物联网物体位置感知方法

说明书

技术领域

本发明属于一种物体位置测试技术，具体的是一种物联网物体位置感知方法。

技术背景

近年来，物联网技术得到很大的发展，物联网，顾名思义，就是“物物相连的互联网”，是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网的位置感知，是对接入网络中的物体的位置进行精确的定位，目前已经有一些较为成熟的定位技术可以使用，GPS作为目前应用广泛的定位技术，被应用于各种场合，但在室内等卫星信号无法准确视距传播的范围内，GPS无法达到较高的定位精度，甚至失效。RFID技术是一种较为成熟的识别技术，也是物联网的关键技术之一，它具有非接触，携带方便，数据容量大，具有唯一标识物体的ID等优点。RFID定位技术是目前室内小范围定位研究的热门，工作于UHF频段的RFID系统识别距离可以达到10米以上，基本符合室内定位环境，因此，在物联网的室内位置感知中采用RFID技术是一个非常合适的方法。

RFID测距的技术主要有基于到达信号强度(RSSI)，信号到达时间(TOA)，信号到达时间差(TDOA)，信号到达相位差(PDOA)等方法。RSSI受传播环境等影响较大，精度低；室内定位传播距离较短TOA和TDOA对硬件要求太高，因此难于实现；由于阅读器向标签发送信号的过程中，载波给标签充电，同时标签通过反向散射方式将载波反射回去，阅读器根据标签反向散射的信号载波与发送信号载波的相位相比较得到一个相位差，根据相位差就可以得到距离信息，即使在较复杂的传播环境中，只要能够读取到标签都能够得到较高的测距精度，因此采用PDOA方法对标签进行测距较适合室内环境的测距。

(2)PDOA测距原理

假设读写器发送出的信号为s(t)，在不考虑标签调制和噪声影响的情况下，读写器接收到的标签反射回来的信号可以写为：

其中ρ与传播距离相关的幅度，是接收到的信号的相位。于是，标签与阅读器之间的距离可以表示为：

如果系统选用UHF的频段是900MHz左右，波长大约是33cm左右，而对于室内的定位环境，一般是几米到几十米，因此，相位存在2nπ的相位模糊，从而导致测距不准确，

发明内容

本发明的目的是提供一种物联网物体位置感知方法，具有动态频率差的PDOA测距方法，能够保证测量系统的相对误差稳定，在实际距离较小时，减小测距误差。

为达到上述目的，本发明表述一种物联网物体位置感知方法，其关键在于按以下步骤进行：

步骤一：建立一个三维坐标体系，三维坐标体系内定位一个物联网物体位置感知系统，物联网物体位置感知系统主要由四个UHF RFID读写器，电子标签和总节点模块组成；各个UHF RFID读写器之间通过CAN总线相互连接，并都接到总节点上面，总节点和互联网相连接，确定每个UHF RFID读写器在三维坐标体系中的三维坐标位置；

步骤二：将电子标签附着在被测物体上；

步骤三：初次距离测试，每个UHF RFID读写器发送射频信息到电子标签上，初步获得每个UHF RFID读写器到电子标签的初测距离值d；

设置第一初始测量频率f1，设定初始测量的最大距离是d_max，

读写器分别以2个频：第一初始测量频率f₁和第二初始测量频率f₂发送信号，对应的标签反射回来的信号的相位分别为和电子标签处于最大距离是d_max时的相位差为2π，于是可得：

C为光速值；

从而得到UHF RFID读写器到电子标签的初测距离值d为：

步骤四：根据初测距离值d，重新设定最大距离d′_max＝d+1.5m；据(4)式可求出相应的Δf′_max，第一初始测量频率f₁不变，也就能确定第二二次测量频率f₂′；读写器分别以2个频率f₁和f₂′发送信号，测量标签反射回来的信号的相位分别为和求出据(4)式可求出精确的实际距离d′；

步骤五：四个UHF RFID读写器通过总节点发送精测距离到中央处理器，中央控制器结合四个UHF RFID读写器在三维坐标体系中的三维坐标位置，求得电子标签在三维坐标体系中的准确位置。