一種基于射頻標(biāo)簽亞穩(wěn)定狀態(tài)的軌跡檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種利用標(biāo)簽對(duì)的亞穩(wěn)定狀態(tài)信息的軌跡檢測(cè)的方法。其是利用標(biāo)簽對(duì)亞穩(wěn)定狀態(tài)的變化探測(cè)成物體的移動(dòng)。觀察結(jié)果表明，在物體的移動(dòng)和標(biāo)簽對(duì)的狀態(tài)影響明顯。在實(shí)現(xiàn)了RFID檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)證明，RFID檢測(cè)系統(tǒng)探測(cè)誤差受實(shí)驗(yàn)環(huán)境影響。當(dāng)人在距標(biāo)簽對(duì)1米范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以達(dá)到最高檢測(cè)率95.17％，這說明我們的系統(tǒng)可以在大多數(shù)場(chǎng)合進(jìn)行應(yīng)用。RFID能利用其標(biāo)簽成本低和非綁定的優(yōu)勢(shì)，將會(huì)長(zhǎng)期和普遍的運(yùn)用在軌跡檢測(cè)領(lǐng)域中。
【專利說明】一種基于射頻標(biāo)簽亞穩(wěn)定狀態(tài)的軌跡檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線射頻識(shí)別【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種軌跡檢測(cè)方法，尤其是一種基于射 頻標(biāo)簽亞穩(wěn)定狀態(tài)的軌跡檢測(cè)方法，用于實(shí)時(shí)對(duì)無線射頻識(shí)別（RFID)系統(tǒng)中出現(xiàn)的移動(dòng) 目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前利用RFID室內(nèi)定位技術(shù)所研發(fā)的比較典型的室內(nèi)定位系統(tǒng)有SpotON和 LANDMARC[4, 5]。其中SpotON系統(tǒng)是由華盛頓大學(xué)所研發(fā)的，它采用聚合算法，對(duì)采集到的 信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體所處的三維物理空間的定位。該系統(tǒng)自用信 號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行定位，但由于信號(hào)強(qiáng)度的不穩(wěn)定性，定位精度有限。
[0003] LANDMARC系統(tǒng)是由密歇根州立大學(xué)所研發(fā)的，該定位系統(tǒng)采用k最近鄰（KNN)分 類算法，通過在物理空間中部署已知其位置信息的參考標(biāo)簽，利用相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算目標(biāo) 物體位置的定位算法。該系統(tǒng)第一次提出了參考標(biāo)簽的概念，。但該系統(tǒng)部署的參考標(biāo)簽 屬于主動(dòng)式標(biāo)簽，主動(dòng)式標(biāo)簽壽命有限，不便攜帶，而且會(huì)增加成本。
[0004] 上述是目前比較流行的室內(nèi)定位技術(shù)，一些其他的室內(nèi)定位技術(shù)，如超寬帶技術(shù)、 基于圖像的分析處理技術(shù)及蜂窩定位技術(shù)等技術(shù)，也被應(yīng)用于室內(nèi)定位的研宄中。但是由 于RFID具有其獨(dú)特的體積小、成本低、壽命長(zhǎng)、穿透性好、重復(fù)利用性好、不怕污染和適應(yīng) 各種環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為室內(nèi)定位技術(shù)的重要實(shí)現(xiàn)方式。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于射頻標(biāo)簽亞穩(wěn)定狀態(tài) 的軌跡檢測(cè)方法，其利用標(biāo)簽對(duì)亞穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行軌跡檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性高，并能夠?qū)崟r(shí) 地對(duì)于RFID系統(tǒng)中大量標(biāo)簽對(duì)進(jìn)行移動(dòng)物體軌跡檢測(cè)。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 這種基于射頻標(biāo)簽亞穩(wěn)定狀態(tài)的軌跡檢測(cè)方法，包括以下步驟：
[0008] 1)標(biāo)簽對(duì)亞穩(wěn)定功率訓(xùn)練階段：
[0009] 首先基于天線場(chǎng)區(qū)的劃分理論，明確閱讀器與標(biāo)簽之間以及標(biāo)簽對(duì)間的能量傳遞 方式；其次利用弗里斯方程和畢奧-薩伐爾定律分別對(duì)閱讀器與標(biāo)簽之間的能量傳遞和標(biāo) 簽間的互干擾進(jìn)行形式化描述，最終建立標(biāo)簽對(duì)間的互干擾模型；
[0010] 將引起接收天線處信號(hào)電平起伏至剛好激活標(biāo)簽時(shí)所對(duì)應(yīng)的功率值定義為標(biāo)簽 的亞穩(wěn)定功率；
[0011] 各標(biāo)簽本身差異導(dǎo)致其亞穩(wěn)定功率值不同，將標(biāo)簽對(duì)布置在RFID閱讀器讀取范 圍內(nèi)，將標(biāo)簽對(duì)位置固定，以實(shí)時(shí)檢測(cè)Reader覆蓋范圍內(nèi)的標(biāo)簽的讀取狀態(tài)；
[0012] (2)調(diào)整統(tǒng)一功率階段
[0013] 通過調(diào)節(jié)兩個(gè)標(biāo)簽的距離，調(diào)節(jié)亞穩(wěn)定功率大小；
[0014] 功率訓(xùn)練階段得到各標(biāo)簽的亞穩(wěn)定功率值；將標(biāo)簽的功率調(diào)為統(tǒng)一值，以便 Reader在同一功率下工作，以其中一個(gè)標(biāo)簽為基準(zhǔn)，調(diào)整其他標(biāo)簽對(duì)距離；為方便調(diào)節(jié)，取 中間功率值的標(biāo)簽為基準(zhǔn)，經(jīng)調(diào)整后的標(biāo)簽對(duì)中有一個(gè)標(biāo)簽得到近似基準(zhǔn)功率值；用d表 示標(biāo)簽對(duì)中兩標(biāo)簽間隔，當(dāng)6mm〈d〈26mm時(shí)，標(biāo)簽都能產(chǎn)生相應(yīng)的亞穩(wěn)定功率值的變化；以 同樣方式調(diào)節(jié)各標(biāo)簽對(duì)，使所有標(biāo)簽對(duì)中有一個(gè)達(dá)到近似基準(zhǔn)功率值；當(dāng)標(biāo)簽小于亞穩(wěn)定 功率值0. 5dbm時(shí)，要求統(tǒng)一后的亞穩(wěn)定功率值與基準(zhǔn)功率相差小于或等于0. 5dbm，調(diào)節(jié)距 尚完成；
[0015] (3)移動(dòng)物體探測(cè)階段
[0016] 運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)物體對(duì)標(biāo)簽群的影響主要包括陰影效應(yīng)和多徑效應(yīng)兩種。這兩者通過 對(duì)無線電波造成不同的信道衰落，從而改變了標(biāo)簽對(duì)的非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，達(dá)到了對(duì)目標(biāo)物 體探測(cè)的目的；在RFID系統(tǒng)中，當(dāng)目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)到某一特殊位置時(shí)，由于目標(biāo)物體對(duì)射頻 信號(hào)的傳輸路徑的遮擋，而在目標(biāo)物體的后方會(huì)形成電波的半盲區(qū)，從而形成電磁場(chǎng)陰影； 在這個(gè)區(qū)域中，信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比較弱；隨著目標(biāo)物體的不斷移動(dòng)，參考點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)會(huì)發(fā)生緩慢的 變化，它引起的接收天線處場(chǎng)強(qiáng)的衰落。
[0017] 進(jìn)一步，以上訓(xùn)練亞穩(wěn)定功率的操作是將Reader的發(fā)射功率以定步長(zhǎng)功率增加， 標(biāo)簽讀取情況從不能讀取到剛好讀到，最后到穩(wěn)定讀取；將標(biāo)簽剛好讀到時(shí)所對(duì)應(yīng)的功率 值定為該標(biāo)簽的亞穩(wěn)定功率；以同樣方式用Reader讀取多次，直到每個(gè)標(biāo)簽都能得到一個(gè) 穩(wěn)定的亞穩(wěn)定功率值。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0019] 本發(fā)明不增加額外的設(shè)備，只需使用現(xiàn)有商用RFID讀寫設(shè)備，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常 運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)擔(dān)，本發(fā)明屬非綁定式檢測(cè)系統(tǒng)，由于本系統(tǒng)中所用RFID標(biāo)簽屬被動(dòng)式標(biāo)簽， 成本很低，因此能夠在實(shí)際部署系統(tǒng)中長(zhǎng)期提供低成本高效率檢測(cè)的任務(wù)。同時(shí)根據(jù)對(duì)標(biāo) 簽亞穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，表明本發(fā)明是一種非常實(shí)用且有效的探測(cè)手段。另外在安全 方面，為了防止非法人員出入存放產(chǎn)品區(qū)域，本發(fā)明所提出的非綁定式檢測(cè)手段提供了在 物品監(jiān)視區(qū)內(nèi)對(duì)不攜帶任何接收器的入侵者進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。和布置大量傳感器系統(tǒng)相比， 基于RFID標(biāo)簽的移動(dòng)檢測(cè)方式進(jìn)入把入侵探測(cè)有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：低成本且支持再有射頻設(shè)備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為經(jīng)過鄰近圖過濾后的參考標(biāo)簽示意圖；
[0021] 圖2為經(jīng)過有效參考集過濾后的參考標(biāo)簽示意圖。
[0022] 圖3為閱讀器與標(biāo)簽之間的能量傳遞和標(biāo)簽間的互干擾E41C標(biāo)簽示意圖

【具體實(shí)施方式】
[0023] 利用RFID在非綁定狀態(tài)下的軌跡檢測(cè)的方法主要分為一下幾個(gè)步驟：
[0024] (1)標(biāo)簽對(duì)亞穩(wěn)定功率訓(xùn)練階段：
[0025] 首先，基于狀態(tài)迀移的移動(dòng)物體探測(cè)的根本在于標(biāo)簽對(duì)互干擾模型的建立。因此 本發(fā)明首先基于天線場(chǎng)區(qū)的劃分理論，明確了閱讀器與標(biāo)簽之間以及標(biāo)簽對(duì)間的能量傳遞 方式，這是標(biāo)簽對(duì)互干擾模型建立的基礎(chǔ)和根本。其次利用弗里斯（Friis)方程
[0026]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于射頻標(biāo)簽亞穩(wěn)定狀態(tài)的軌跡檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟： 1)標(biāo)簽對(duì)亞穩(wěn)定功率訓(xùn)練階段： 首先基于天線場(chǎng)區(qū)的劃分理論，明確閱讀器與標(biāo)簽之間以及標(biāo)簽對(duì)間的能量傳遞方 式；其次利用弗里斯方程和畢奧-薩伐爾定律分別對(duì)閱讀器與標(biāo)簽之間的能量傳遞和標(biāo)簽 間的互干擾進(jìn)行形式化描述，最終建立標(biāo)簽對(duì)間的互干擾模型； 將引起接收天線處信號(hào)電平起伏至剛好激活標(biāo)簽時(shí)所對(duì)應(yīng)的功率值定義為標(biāo)簽的亞 穩(wěn)定功率； 各標(biāo)簽本身差異導(dǎo)致其亞穩(wěn)定功率值不同，將標(biāo)簽對(duì)布置在RFID閱讀器讀取范圍內(nèi)， 將標(biāo)簽對(duì)位置固定，以實(shí)時(shí)檢測(cè)Reader覆蓋范圍內(nèi)的標(biāo)簽的讀取狀態(tài)； (2) 調(diào)整統(tǒng)一功率階段 通過調(diào)節(jié)兩個(gè)標(biāo)簽的距離，調(diào)節(jié)亞穩(wěn)定功率大??； 功率訓(xùn)練階段得到各標(biāo)簽的亞穩(wěn)定功率值；將標(biāo)簽的功率調(diào)為統(tǒng)一值，以便Reader 在同一功率下工作，以其中一個(gè)標(biāo)簽為基準(zhǔn)，調(diào)整其他標(biāo)簽對(duì)距離；為方便調(diào)節(jié)，取中間功 率值的標(biāo)簽為基準(zhǔn)，經(jīng)調(diào)整后的標(biāo)簽對(duì)中有一個(gè)標(biāo)簽得到近似基準(zhǔn)功率值；用d表示標(biāo)簽 對(duì)中兩標(biāo)簽間隔，當(dāng)6mm〈d〈26mm時(shí)，標(biāo)簽都能產(chǎn)生相應(yīng)的亞穩(wěn)定功率值的變化；以同樣方 式調(diào)節(jié)各標(biāo)簽對(duì)，使所有標(biāo)簽對(duì)中有一個(gè)達(dá)到近似基準(zhǔn)功率值；當(dāng)標(biāo)簽小于亞穩(wěn)定功率值 0. 5dbm時(shí)，要求統(tǒng)一后的亞穩(wěn)定功率值與基準(zhǔn)功率相差小于或等于0. 5dbm，調(diào)節(jié)距離完 成； (3) 移動(dòng)物體探測(cè)階段 運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)物體對(duì)標(biāo)簽群的影響包括陰影效應(yīng)和多徑效應(yīng)兩種，這兩種通過對(duì)無線電 波造成不同的信道衰落，從而改變標(biāo)簽對(duì)的非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，達(dá)到了對(duì)目標(biāo)物體探測(cè)的目 的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻標(biāo)簽亞穩(wěn)定狀態(tài)的軌跡檢測(cè)方法，其特征在于，訓(xùn) 練亞穩(wěn)定功率的操作是將Reader的發(fā)射功率以定步長(zhǎng)功率增加，標(biāo)簽讀取情況從不能讀 取到剛好讀到，最后到穩(wěn)定讀取；將標(biāo)簽剛好讀到時(shí)所對(duì)應(yīng)的功率值定為該標(biāo)簽的亞穩(wěn)定 功率；以同樣方式用Reader讀取多次，直到每個(gè)標(biāo)簽都能得到一個(gè)穩(wěn)定的亞穩(wěn)定功率值。
【文檔編號(hào)】G01S5/02GK104459614SQ201410458467
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】王星, 韓勁松, 趙季中, 錢辰, 馬丹, 張朋豐 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)