[发明专利]一种基于标签耦合作用的超高频RFID标签精确定位方法

说明书

本发明公开了一种基于标签耦合作用的超高频RFID标签精确定位方法，本发明基于现有的商业协议，无需提前训练建立数据库，利用商业RFID设备和单天线即可进行目标标签的精确定位。本发明研究RFID标签的天线设计模式后，建立其等效电路并对标签的耦合效应建模，在理论支撑下设计得到合理的干扰标签对。RFID阅读器工作在定频模式下，移动干扰标签对，追踪其对目标标签RSS带来的影响，并通过信号处理和迭代定位，实现对目标标签的精确定位。本发明仅需要一个RFID天线和一组RFID标签，即可完成精确定位，包括绝对定位和相对定位，是一种成本低、精度高的定位方法。

技术领域

本发明属于无线射频识别领域，具体涉及一种基于标签耦合作用的超高频RFID标签精确定位方法。

背景技术

目前目标定位在很多领域被广泛应用，尤其是精确定位尤为重要。它在很多应用中作用突出，比如工业系统中的机器人手臂在工作期间需要执行精确的运动，包括抓取、提升等动作，只有精确确定操作目标的位置才能成功执行任务。现有的定位方法主要有三类：基于计算机视觉，基于GPS，基于无线射频信号等。

基于计算机视觉的技术，主要通过相机或红外传感器来获取目标对象的高分辨率位置信息，利用规划和控制算法来确定目标。此技术最明显的缺点是，对环境要求苛刻，仅能视距传播，且需要良好的照明条件，更严重的问题是无法检测和识别具有相似颜色或形状的对象，且侵犯用户的隐私，发展受限。基于GPS的技术，是目前应用最为广泛的定位技术。GPS接收机利用接收到的GPS信号计算目标的位置，充分利用了卫星覆盖范围大、导航信号免费等优点。此技术的主要缺点是：GPS信号在室内会因建筑物的影响而衰减，导致定位精度低，而且定位器的设备成本很昂贵。基于无线射频信号的技术，成本低廉，可以克服环境和视距约束。它主要利用无线信号(如WIFI信号，RF信号)来进行导航和定位，现有的解决方案主要通过使用特殊的硬件设备和复杂的部署场景，利用合成孔径雷达或软件无线电来实现定位。此方案的主要缺点是，对信号的处理过于复杂，设备成本较高，部署难度增加等。

综上，目前通常使用的定位技术要么对环境有严苛要求，要么需要依赖特殊设备或复杂算法。因此，一种无需特别专业设备、成本低、精度高的定位技术，被迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于标签耦合作用的超高频RFID标签精确定位方法，通过分析评估干扰标签移动导致的目标标签RSS的变化情况，达到对目标标签精确定位的目的，只需要单个天线和一组RFID标签即可完成高精度的精确定位。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，对标签耦合作用建模：分析RFID标签天线的设计和辐射方式，对标签的耦合作用进行建模，通过标签之间的耦合效应带来的射频干扰，能够对目标标签进行定位；

步骤二，设计干扰标签对，采集RSS信号：在理论的支持下，设计一组RFID干扰标签对，基于阅读器与标签的后向散射通信过程，通过移动这组干扰标签对，监测目标标签的RSS变化情况，分析得到目标标签RSS变化情况与其自身所在位置间的关系；

步骤三，信号处理：对采集到的目标标签RSS信号进行信号处理，消除由于设备和多径效应带来的RSS测量误差，并进一步提取RSS信号特征，设计迭代定位算法用于定位；

步骤四，目标精确定位：移动步骤二中得到的干扰标签对，通过所述步骤三中的信号处理和迭代定位算法，即可对目标标签精确定位。

步骤一中，通过对市场中多种不同的RFID标签的天线设计方式进行调研，并建立标签的等效电路，证明理论具有普适性。

步骤一中，对标签的耦合作用进行建模时，以标签的互阻抗变化为分析依据。

步骤二中，阅读器为超高频RFID阅读器，具有16个信道，采用定频模式，工作频率为922.38MHz。