[发明专利]一种基于三维天线阵的标签统计系统和方法

说明书

本发明属于射频识别领域，涉及一种基于三维天线阵的标签统计系统和方法，其特征在于所述系统包括：在统计区域内随机分布的标签组，在统计区域边缘或以外部署的三维天线阵，标签读写单元和标签统计单元。所述的方法包括：标签统计单元首先初始化本地标签状态列表，并通过标签读写单元调制和解调射频信号，按一定时间间隔轮询三维天线阵的所有子天线，在轮询过程中各子天线返回的标签唯一标识符均写入标签统计单元的标签状态列表，标签统计单元在完成所有的子天线轮询后汇总出当前统计区域内所有的标签状态或初略分布区域。本发明利用空间三维分布的天线，提升了在固定区域内标签统计的精度、速度和能力，可在标签密集部署的环境中广泛使用。

技术领域

本发明涉及射频识别领域，尤其涉及一种基于三维天线阵的标签统计系统和方法。

背景技术

射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)是一项利用射频信号实现无接触信息传递的自动识别技术，能够起到标识识别、物品跟踪、信息采集等作用。与条码、磁卡等其它识别技术相比，RFID技术具有非接触、非视距、抗扰强、容量大等优点，自20世纪60年代商用以来在医疗、教育、物流等各行各业得到了广泛的应用。

典型的RFID系统通常包括标签、读写单元和天线三部分组成。按RFID系统的工作频率进行分类，可以分为低频、中高频、超高频与微波四类。与低频、中高频RFID系统不同，由于超高频与微波段无线电波绕射能力较弱，用于超高频与微波段RFID标签的读写器天线通常被设计为定向天线，只有在天线定向波束范围内的电子标签可以被读写，无源标签的工作距离大于1米，有源标签的最大工作距离可以超过百米。采用超高频与微波频段的RFID系统，一个RFID读写设备可以同时识读其读取区域内的多个标签。随着超高频与微波频段的RFID系统的大量使用，业界将越来越多的注意力投向RFID标签的定位技术研究，提出了采用信号到达角度、信号到达时刻、信号到达时间差、接收信号强度等信号特征的定位算法。

与精确定位的需求不同，某些场合需要对标签进行精确的统计，如集装箱内的物品数量。传统RFID标签统计手段依赖移动天线或移动被统计物来提升统计的精度，在标签数目较少时可以满足一定场合的统计精度需求。另一种可选的手段是利用两个或以上的独立天线通道进行标签统计，但随意部署的天线对精度的提升有限，天线盲区的存在使得部分标签始终无法被统计。此外受限于读写器在密集标签下的读取能力，如某国产读写器一次多标签读取操作只能随机读取5个标签，当标签的数目远大于一次多标签读取操作的能力时，统计的精度需要依靠多次读取来提升。采用价格更高的进口设备可以提升一次多标签读取操作的能力，但高昂的成本、庞大的设备体积、较高的设备功耗使得此类设备在推广普及上存在一定难度，且始终无法回避当标签处于天线盲区时的统计丢失问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：针对现有技术的不足，提供一种基于三维天线阵的标签统计系统和方法，克服随意单天线或多天线部署中的射频信号覆盖盲区问题，实现有限空间内密集标签统计的高效性和准确性，为密集标签环境下的应用提供低成本解决途径。具体技术方案如下：

为实现上述目的，本发明提供一种基于三维天线阵的标签统计系统，可实现标签统计区域内射频信号的全覆盖，该系统包括以下四部分组成：

(1)标签组，所述标签组由一个以上的标签组成，每个标签具有唯一标识符，在一定空间内随机分布，且标签的朝向随机，具备响应标签查询的能力，所有标签所在的空间合集定义为统计区域，其大小定义为S；

(2)三维天线阵，所述三维天线阵由n个子天线和阵列控制模块构成，n大于或等于6，所述子天线沿着统计区域边缘或统计区域外部署，每个子天线具有唯一的标识符，且具有不同的空间分布位置和天线指向方位，呈现三维部署的形式，令每个子天线的半功率波束覆盖区域为P_i，则所有子天线的半功率波束覆盖区域之和满足以下约束：