一種基于rfid移動閱讀器的精確定位系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明采用一個設(shè)置高精度RFID移動閱讀器的可移動RFID顯節(jié)點(diǎn)，該RFID顯節(jié)點(diǎn)在一個給定的已知起始點(diǎn)開始移動，移動過程中通過RFID移動閱讀器獲得的值可以計算出與起始點(diǎn)的位移，進(jìn)而得到RFID顯節(jié)點(diǎn)在移動中的坐標(biāo)信息，RFID隱節(jié)點(diǎn)通過接收RFID顯節(jié)點(diǎn)廣播的多個坐標(biāo)信息，然后再通過定位算法計算出RFID隱節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。其只使用一個移動RFID顯節(jié)點(diǎn)，大大減少了對RFID顯節(jié)點(diǎn)數(shù)目的依賴，降低了定位系統(tǒng)的成本；RFID顯節(jié)點(diǎn)無需事先布置，可以提供良好的定位效果；采用了基于RSSI測距定位算法，相比一些非測距的定位算法，提供更好的定位效果。
【專利說明】—種基于RFID移動閱讀器的精確定位系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及移動定位領(lǐng)域，尤其涉及一種基于RFID移動閱讀器的精確定位系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]RFID (Rad1 Frequency Identificat1n,射頻識別)是一種無線通信技術(shù)，可以通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。無線電的信號是通過調(diào)成無線電頻率的電磁場，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些標(biāo)簽在識別時從識別器發(fā)出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池；也有標(biāo)簽本身擁有電源，并可以主動發(fā)出無線電波(調(diào)成無線電頻率的電磁場)。標(biāo)簽包含了電子存儲的信息，數(shù)米之內(nèi)都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標(biāo)簽不需要處在識別器視線之內(nèi)，也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。
[0003]RFID識別系統(tǒng)一般都包括應(yīng)答器(或標(biāo)簽)和閱讀器，所述應(yīng)答器由天線，耦合元件及芯片組成，一般來說都是用標(biāo)簽作為應(yīng)答器，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象；所述閱讀器由天線，耦合元件，芯片組成，讀取(有時還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式RFID讀寫器(如:C5000W)或固定式讀寫器。
[0004]目前，射頻識別技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通運(yùn)輸?shù)葢?yīng)用領(lǐng)域，并在定位跟蹤、自動掃描等無人自動管理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。特別是隨著“物聯(lián)網(wǎng)internetof Things)概念引起業(yè)界廣泛關(guān)注，作為一種先進(jìn)生產(chǎn)力，RFID技術(shù)的廣泛應(yīng)用對提高生產(chǎn)效率、提升用戶應(yīng)用對應(yīng)用的體驗具有極大的促進(jìn)作用。
[0005]射頻識別系統(tǒng)一般包括RFID讀寫器、RFID標(biāo)簽、天線和中間件等。RFID讀寫器與RFID標(biāo)簽之間的通信通過電磁波傳輸與接收來實現(xiàn)。RFID讀寫器可以快速掃描讀取信號覆蓋范圍內(nèi)的多個RFID標(biāo)簽信息。在信號覆蓋范圍內(nèi)，RFID標(biāo)簽反射的信號可以透過紙張、木材、塑料甚至墻壁等非金屬或非透明材質(zhì)，進(jìn)行穿透性通信，穿透性較強(qiáng)。并且，RFID傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容可以加密，從而保證數(shù)據(jù)傳輸過程的安全性。
[0006]目前在RFID定位方法研究和應(yīng)用方面，主要是通過部署大量的參考標(biāo)簽和RFID讀寫器，采集待定位標(biāo)簽的RSSI信息，基于傳統(tǒng)信號傳播模型以及三角定位等方法進(jìn)行位置計算。但現(xiàn)有的基于RFID技術(shù)設(shè)計的定位系統(tǒng)，在系統(tǒng)可靠性、定位方式、定位精度、定位效率等關(guān)鍵問題上還存在著諸多問題，這些因素造成了現(xiàn)有基于RSSI的定位系統(tǒng)定位精度較差。此外現(xiàn)定位系統(tǒng)的規(guī)模相對較小，可擴(kuò)展性較差。部分定位系統(tǒng)采用部署參考標(biāo)簽的方法來提高使用RSSI定位的精度，但是系統(tǒng)性能受到參考標(biāo)簽密度、部署布局的影響，不適合實際的應(yīng)用需求，以及對于用來讀取RFID標(biāo)簽的閱讀器，一般需要預(yù)先知曉其自身位置，但很多情況下無法直接獲得該位置信息，因此定位比較困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提出一種基于RFID移動閱讀器的精確定位系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:若干數(shù)目RFID隱節(jié)點(diǎn)，一個RFID顯節(jié)點(diǎn)，一個RFID匯聚節(jié)點(diǎn)，以及一個RFID移動閱讀器，每個節(jié)點(diǎn)分配不同的ID號和物理地址，所述RFID顯節(jié)點(diǎn)表示已經(jīng)通過一定方法獲得了坐標(biāo)位置的RFID標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)，所述RFID匯聚節(jié)點(diǎn)表示具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換功能以及將其他RFID節(jié)點(diǎn)的接收信號向上位機(jī)傳送的節(jié)點(diǎn)，RFID隱節(jié)點(diǎn)表示未知坐標(biāo)位置的RFID標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)；其中所述RFID隱節(jié)點(diǎn)隨機(jī)布置在某個平面區(qū)域內(nèi)，RFID隱節(jié)點(diǎn)啟動等待接收RFID顯節(jié)點(diǎn)信號的任務(wù)，節(jié)點(diǎn)之間可以通過多跳傳輸把采集的信息發(fā)送到RFID匯聚節(jié)點(diǎn)上，RFID匯聚節(jié)點(diǎn)再把信息發(fā)送到上位機(jī)；以及將安裝有RFID移動閱讀器的可移動節(jié)點(diǎn)作為RFID顯節(jié)點(diǎn)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供一種上述基于RFID移動閱讀器的精確定位系統(tǒng)進(jìn)行定位的方法，所述方法包括步驟:
[0010]步驟I)把安裝有RFID移動閱讀器的可移動節(jié)點(diǎn)作為RFID顯節(jié)點(diǎn)，RFID移動閱讀器以很高的精度獲取節(jié)點(diǎn)在三個坐標(biāo)軸的加速度值，RFID移動閱讀器的引腳輸出是模擬值，其通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器來讀取加速度值。
[0011]步驟2)給定一個已知位置的點(diǎn)作為RFID顯節(jié)點(diǎn)運(yùn)動的起始點(diǎn)，在起始點(diǎn)建立適當(dāng)?shù)钠矫孀鴺?biāo)系，RFID顯節(jié)點(diǎn)開始在節(jié)點(diǎn)區(qū)域中移動，移動中RFID顯節(jié)點(diǎn)以很短的周期讀取RFID移動閱讀器的值，并計算與起始點(diǎn)的位移，從而可以得到RFID顯節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，RFID顯節(jié)點(diǎn)周期性地向RFID隱節(jié)點(diǎn)廣播其坐標(biāo)；RFID顯節(jié)點(diǎn)計算位移時使用牛頓第二定律，對獲取的加速度曲線進(jìn)行積分，設(shè)對RFID移動閱讀器的采樣周期是Λ t，當(dāng)前采樣的加速度值經(jīng)過濾波器濾除噪聲后的值為at，則當(dāng)前的位移St = St^1+ Δ t*at ；
[0012]步驟3)RFID顯節(jié)點(diǎn)在移動過程中周期性地廣播其所處位置的瞬時坐標(biāo)，到達(dá)一個周期后，RFID顯節(jié)點(diǎn)把計算出來的坐標(biāo)(Xyyi),其中i = I, --?,η,η〉= I,寫進(jìn)數(shù)據(jù)包中，并廣播發(fā)送，RFID顯節(jié)點(diǎn)均勻地在區(qū)域內(nèi)移動，以保證RFID隱節(jié)點(diǎn)能夠接收多個不同坐標(biāo)位置的RFID顯節(jié)點(diǎn)的廣播數(shù)據(jù)包；
[0013]步驟4) RFID隱節(jié)點(diǎn)接收到3個來自RFID顯節(jié)點(diǎn)的信號時，等待一段時間，如果再次接收了 RFID顯節(jié)點(diǎn)的信號則重復(fù)該過程直到達(dá)到接收數(shù)目上限η，接收信號時RFID隱節(jié)點(diǎn)獲得信號的RSSI值，每個RSSI值通過高斯信道模型
[0014]Pr[dBm] =pQ[dBm]-10nlOgd+X。，其中Pr是RFID隱節(jié)點(diǎn)接收的信號功率，ρ。是RFID隱節(jié)點(diǎn)距RFID顯節(jié)點(diǎn)為I米時接收到的信號功率，d是RFID隱節(jié)點(diǎn)與RFID顯節(jié)點(diǎn)的真實距離，H是信道衰落指數(shù)，值為2~3，X。是均值為0，方差為σ 2的高斯噪聲，是信道的隨機(jī)分量；
[0015]RSSI值通過上述公式轉(zhuǎn)換為RFID隱節(jié)點(diǎn)和RFID顯節(jié)點(diǎn)之間的直線距離di，i表示接收的第i個RFID顯節(jié)點(diǎn)信號；獲取了 RSSI值之后RFID隱節(jié)點(diǎn)通過下述定位算法計算其坐標(biāo)位置，

【權(quán)利要求】
1.一種基于RFID移動閱讀器的精確定位系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:若干數(shù)目RFID隱節(jié)點(diǎn)，一個RFID顯節(jié)點(diǎn)，一個RFID匯聚節(jié)點(diǎn)，以及一個RFID移動閱讀器，每個節(jié)點(diǎn)分配不同的ID號和物理地址，所述RFID顯節(jié)點(diǎn)表示已經(jīng)通過一定方法獲得了坐標(biāo)位置的RFID標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)，所述RFID匯聚節(jié)點(diǎn)表示具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換功能以及將其他RFID節(jié)點(diǎn)的接收信號向上位機(jī)傳送的節(jié)點(diǎn)，RFID隱節(jié)點(diǎn)表示未知坐標(biāo)位置的RFID標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)； 其中所述RFID隱節(jié)點(diǎn)隨機(jī)布置在某個平面區(qū)域內(nèi)，RFID隱節(jié)點(diǎn)啟動等待接收RFID顯節(jié)點(diǎn)信號的任務(wù)，節(jié)點(diǎn)之間通過多跳傳輸把采集的信息發(fā)送到RFID匯聚節(jié)點(diǎn)上，RFID匯聚節(jié)點(diǎn)再把信息發(fā)送到上位機(jī)；以及將安裝有RFID移動閱讀器的可移動節(jié)點(diǎn)作為RFID顯節(jié)點(diǎn)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的基于RFID移動閱讀器的精確定位系統(tǒng)進(jìn)行定位的方法，所述方法包括步驟: 步驟I)把安裝有RFID移動閱讀器的可移動節(jié)點(diǎn)作為RFID顯節(jié)點(diǎn)，RFID移動閱讀器以很高的精度獲取節(jié)點(diǎn)在三個坐標(biāo)軸的加速度值，RFID移動閱讀器的引腳輸出是模擬值，其通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器來讀取加速度值。 步驟2)給定一個已知位置的點(diǎn)作為RFID顯節(jié)點(diǎn)運(yùn)動的起始點(diǎn)，在起始點(diǎn)建立適當(dāng)?shù)钠矫孀鴺?biāo)系，RFID顯節(jié)點(diǎn)開始在節(jié)點(diǎn)區(qū)域中移動，移動中RFID顯節(jié)點(diǎn)以很短的周期讀取RFID移動閱讀器的值，并計算與起始點(diǎn)的位移，從而可以得到RFID顯節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，RFID顯節(jié)點(diǎn)周期性地向RFID隱節(jié)點(diǎn)廣播其坐標(biāo)；RFID顯節(jié)點(diǎn)計算位移時使用牛頓第二定律，對獲取的加速度曲線進(jìn)行積分，設(shè)對RFID移動閱讀器的采樣周期是Λ t，當(dāng)前采樣的加速度值經(jīng)過濾波器濾除噪聲后的值為at，則當(dāng)前的位移St = St^1+ Δ t*at ； 步驟3)RFID顯節(jié)點(diǎn)在移動過程中周期性地廣播其所處位置的瞬時坐標(biāo)，到達(dá)一個周期后，RFID顯節(jié)點(diǎn)把計算出來的坐標(biāo)(Xi, yj,其中i = I,..., η, n> = I,寫進(jìn)數(shù)據(jù)包中，并廣播發(fā)送，RFID顯節(jié)點(diǎn)均勻地在區(qū)域內(nèi)移動，以保證RFID隱節(jié)點(diǎn)能夠接收多個不同坐標(biāo)位置的RFID顯節(jié)點(diǎn)的廣播數(shù)據(jù)包； 步驟4) RFID隱節(jié)點(diǎn)接收到3個來自RFID顯節(jié)點(diǎn)的信號時，等待一段時間，如果再次接收了 RFID顯節(jié)點(diǎn)的信號則重復(fù)該過程直到達(dá)到接收數(shù)目上限n，接收信號時RFID隱節(jié)點(diǎn)獲得信號的RSSI值，每個RSSI值通過高斯信道模型 Pr [dBm] = P0 [dBm]-10 n logd+X。，其中Pr是RFID隱節(jié)點(diǎn)接收的信號功率，P0是RFID隱節(jié)點(diǎn)距RFID顯節(jié)點(diǎn)為I米時接收到的信號功率，d是RFID隱節(jié)點(diǎn)與RFID顯節(jié)點(diǎn)的真實距離，η是信道衰落指數(shù)，值為2?3，X。是均值為0，方差為σ 2的高斯噪聲，是信道的隨機(jī)分量； RSSI值通過上述公式轉(zhuǎn)換為RFID隱節(jié)點(diǎn)和RFID顯節(jié)點(diǎn)之間的直線距離di，i表示接收的第i個RFID顯節(jié)點(diǎn)信號；獲取了 RSSI值之后RFID隱節(jié)點(diǎn)通過下述定位算法計算其坐標(biāo)位置， Ef Pt x= '? /，y = V /，其中i = 1，…η, η表示接收到的顯節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)上限； Xj Σ,
/=1 ai i=l ai 步驟5)RFID隱節(jié)點(diǎn)計算出了自身坐標(biāo)后通過多跳方式將包含坐標(biāo)信息的數(shù)據(jù)包發(fā)送到RFID匯聚節(jié)點(diǎn)上，RFID匯聚節(jié)點(diǎn)可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，將發(fā)來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸，最終將數(shù)據(jù)上傳到控制中心。
【文檔編號】G06K7/00GK104198986SQ201410384688
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】郭陽斌, 經(jīng)鋒, 郭陽勇, 李曉龍, 劉小平 申請人:成都聯(lián)星微電子有限公司