本發(fā)明屬于無(wú)線射頻識(shí)別(rfid)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于rfid多徑估計(jì)的精確相位計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

射頻識(shí)別技術(shù)(rfid)普遍存在于如零售業(yè)，超市，物流，倉(cāng)儲(chǔ)等很多應(yīng)用中。近年來，很多研究者關(guān)注rfid應(yīng)用，比如定位，人體主動(dòng)感知，軌跡追蹤等。在這些應(yīng)用中，相位值備受推崇且十分有用。因?yàn)橄辔豢梢苑从臣?xì)粒度標(biāo)簽位置的變化。對(duì)于貼有標(biāo)簽的移動(dòng)物體可以利用其連續(xù)的相位值來追蹤軌跡。同樣，近年來，室內(nèi)環(huán)境中普遍存在的多徑效應(yīng)引起了大批研究者的注意。比如，一些研究估量了靜態(tài)反射源，如水泥墻，并試圖削減周圍環(huán)境的影響。其他的一些研究采用多徑效應(yīng)的特點(diǎn)來達(dá)到他們的目標(biāo)。除此之外，部分研究可以在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中消除或者削減多徑效應(yīng)，其核心觀點(diǎn)是評(píng)估多徑然后剔除受影響的數(shù)據(jù)。然而，由于室內(nèi)多徑的嚴(yán)重影響，很多研究工作都在一個(gè)多徑較少的環(huán)境中或者在一個(gè)預(yù)定義的區(qū)域內(nèi)收集包含相位在內(nèi)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。這些不足會(huì)對(duì)影響相關(guān)工作的在實(shí)際中的應(yīng)用。例如，當(dāng)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景部署在一個(gè)狹窄的區(qū)域內(nèi)，一個(gè)人在閱讀器和標(biāo)簽之間隨機(jī)走動(dòng)時(shí)，標(biāo)簽的相位值會(huì)受到多重反射信號(hào)的嚴(yán)重影響。

現(xiàn)有rfid很多研究都利用了信號(hào)的相位，介紹兩個(gè)比較顯著的方向，分別是標(biāo)簽軌跡追蹤定位和人體行為感知。

標(biāo)簽軌跡追蹤定位：由于在信號(hào)中占據(jù)中重要位置，相位作為特征值經(jīng)常用來標(biāo)簽軌跡追蹤定位。基于雙曲線：有些研究者通過利用目標(biāo)標(biāo)簽的接受相位構(gòu)建雙曲線的方法從而來定位標(biāo)簽的位置。不同于以往的工作，此法不需要錨標(biāo)簽的情況下即可確定目標(biāo)標(biāo)簽的坐標(biāo)。但是，此方法的準(zhǔn)確度依賴于如何收集目標(biāo)標(biāo)簽精確的相位信息，為保證結(jié)果精確此方法必須在一個(gè)多徑效應(yīng)比較弱的環(huán)境下工作?；谌D的方法：即通過比較訓(xùn)練標(biāo)簽和測(cè)試標(biāo)簽的相位。這個(gè)方法在多徑效應(yīng)普遍存在的環(huán)境下，在間距較小(13cm)準(zhǔn)確率可達(dá)86％。然而，此方法需要評(píng)估受多徑效應(yīng)的數(shù)據(jù)并給它賦予一個(gè)低的權(quán)重，這樣就會(huì)對(duì)整個(gè)方法的準(zhǔn)確性帶來影響。除了上述兩個(gè)標(biāo)簽定位的方法，一些研究比較關(guān)注標(biāo)簽軌跡追蹤。例如，有些研究基于全息圖來追蹤移動(dòng)標(biāo)簽的軌跡，并且可以精確找出標(biāo)簽的位置，精確度可以達(dá)到厘米級(jí)。比較遺憾的是，這些工作都需要在一個(gè)受多徑效應(yīng)影響比較小的環(huán)境中工作。

人體行為感知：相位在人體行為感知中用途也十分廣泛。眾所周知，移動(dòng)的人對(duì)rfid閱讀器和標(biāo)簽的通信是有影響的。一些學(xué)者研究了接受相位和人體行為的關(guān)系，例如，有些工作可以不依賴任何設(shè)備來穿墻追蹤移動(dòng)的物體，它能夠提前收集一些參考數(shù)據(jù)并且消除靜態(tài)物體(如家具等)造成多徑效應(yīng)的影響；還有些工作可以通過分析貼有標(biāo)簽的商品被移動(dòng)時(shí)相位的變化來推斷顧客的購(gòu)物習(xí)慣。

除了rfid領(lǐng)域外，其他領(lǐng)域如wi-fi,60g，聲音學(xué)等都有類似的算法技術(shù)。然而，由于受到rfid通信協(xié)議和無(wú)源被動(dòng)式標(biāo)簽本身限制，這些算法技術(shù)都不能直接用在rfid系統(tǒng)中。在聲音學(xué)中，有人提出一種基于相位的距離測(cè)量方法，這個(gè)方法能夠估量由手引入的動(dòng)態(tài)向量。但是因?yàn)榛诼曇魧W(xué)和基于rfid的發(fā)送速度，頻率以及協(xié)議設(shè)計(jì)差距比較大，此法并不能直接應(yīng)用于商用rfid設(shè)備中。而wi-fi和一些類似技術(shù)，也就是60g,發(fā)送和接受都在多個(gè)子信道下同步進(jìn)行，且暴露在同樣的環(huán)境中。一些wi-fi的商用設(shè)備能夠評(píng)估當(dāng)前信道參數(shù)并且計(jì)算可能的相位值。

不同于前面提及的技術(shù)，rfid系統(tǒng)在同一時(shí)間通過一個(gè)天線在一個(gè)信道中僅能和一個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行通信。換言之，不同的無(wú)源被動(dòng)式標(biāo)簽不能共享同一信道。此外，多徑效應(yīng)在通信過程中持續(xù)的改變，沒有一個(gè)預(yù)期的數(shù)據(jù)來參考。這些局限給相位估計(jì)和計(jì)算帶來了很多問題。綜上，現(xiàn)有技術(shù)方法在可實(shí)踐性、實(shí)際部署、準(zhǔn)確度、以及其他方面都存在或大或小的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出一種基于rfid多徑估計(jì)的精確相位計(jì)算方法，能夠克服現(xiàn)有多徑效應(yīng)對(duì)相位值的干擾，以便準(zhǔn)確計(jì)算純凈相位值。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：包括以下步驟：

1)閱讀器天線收集目標(biāo)標(biāo)簽的相位數(shù)據(jù)，接收相位為β；

2)對(duì)收集的相位數(shù)據(jù)進(jìn)行向量分解與角度變換：

向量分解與角度變換后的關(guān)系為：

其中，β為接收相位，θ為純凈相位，α為多徑效應(yīng)相位，θ′為角度變換后的純凈相位、β′為角度變換后的接收相位、α′為角度變換后的多徑效應(yīng)相位，k0表示整數(shù)，z為整數(shù)集；

3)建立純凈相位θ與鏡像相位的關(guān)系：表示整數(shù)，值由tanα′決定；

4)根據(jù)下列公式求解鏡像相位的值：

為信道n中的多徑變量，為當(dāng)信道從n跳轉(zhuǎn)到n+1的接收相位增加值，βn為每個(gè)信道的接收相位，n＝1,2,3,…n；

5)根據(jù)步驟3)建立的純凈相位θ與鏡像相位的關(guān)系，以及步驟4)求解的鏡像相位的值反推出純凈相位值。

所述步驟1)中閱讀器天線在每個(gè)信道收集5秒鐘數(shù)據(jù)，遍歷n個(gè)信道，且n大于等于3，得到接收相位β。

所述步驟2)中k0有如下關(guān)系：

其中，m∈z。

所述步驟4)中信道n中的多徑變量包括靜態(tài)多徑和動(dòng)態(tài)多徑，靜態(tài)多徑代表靜態(tài)情況下的反射性能，動(dòng)態(tài)多徑表示受移動(dòng)物體的影響。

所述步驟4)中根據(jù)鏡像相位的求解公式得到矩陣方程：an×(n+2)·x(n+2)×1＝bn×1，其中an×(n+2)是系數(shù)矩陣，x(n+2)×1是未知的變量矩陣，bn×1代表矩陣的接收相位：

其中，(·)^t表示轉(zhuǎn)置矩陣；

則矩陣方程的解表示為：

x＝ξ0+c1·ξ1+c2·ξ2

其中ξ0是特解，ξ1和ξ2是通解，c1和c2分別是ξ1和ξ2的系數(shù)。

所述矩陣方程的有效解的求解過程中需要將所有信道的接收相位βn調(diào)整到一條擬合線上，調(diào)整后的擬合線直線方程為yn＝k·n+d，而且需要滿足以下條件：

其中，ωn是信道n的權(quán)重，k為斜率，d為截距；

利用信道n中接收相位的樣本均值誤差σn來表示離散度：

其中，表示每個(gè)信道中的樣本，是t個(gè)樣本的均值；

則定義權(quán)重公式為：

當(dāng)樣本數(shù)t足夠大的時(shí)候，有：

從而根據(jù)權(quán)重公式得到擬合線。

所述擬合線的斜率k和截距d的計(jì)算過程：

首先最小化公式中得到偏導(dǎo)數(shù)如下：

然后令上式等于0并求解得到：

所述公式x＝ξ0+c1·ξ1+c2·ξ2中系數(shù)c1和c2通過下列公式求解：

其中，yi和yn+1-i為擬合線上的隨機(jī)選擇組點(diǎn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明找出多信道之間接受相位的內(nèi)在關(guān)系，并評(píng)估接受相位數(shù)據(jù)中受多徑效應(yīng)影響的比例。由于多徑效應(yīng)的影響未知，rfid硬件的射頻偏移，人的移動(dòng)，和一些不可控的因素等導(dǎo)致不能得到真實(shí)的相位值，因此通過測(cè)量接收相位的分散程度來評(píng)估這些影響，并由此推斷出真正可能的相位值。本發(fā)明不需要對(duì)硬件沒有特殊要求，也不需要對(duì)現(xiàn)有商用協(xié)議進(jìn)行修改，本發(fā)明完全支持從現(xiàn)有系統(tǒng)中獲取更加精確的相位值，即便是在多徑普遍存在的室內(nèi)環(huán)境中。本發(fā)明從受多徑效應(yīng)的環(huán)境中提取獲得真實(shí)的相位值，不需要對(duì)標(biāo)簽、設(shè)備進(jìn)行預(yù)部署，也不需要訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，這就顯著提高了本發(fā)明的實(shí)用性。其次，本發(fā)明完美兼容現(xiàn)有rfid商用協(xié)議，并且不需要對(duì)硬件進(jìn)行修改。因此，本發(fā)明可以很容易方便的作為應(yīng)用系統(tǒng)的中間件來工作。結(jié)果表明，本方法在開放區(qū)域環(huán)境中以及多徑普遍存在的環(huán)境中誤差都非常低。本發(fā)明僅僅通過閱讀器和目標(biāo)標(biāo)簽的相對(duì)距離就可以計(jì)算出在多徑普遍存在的環(huán)境中真實(shí)的相位值，即便此環(huán)境中存在移動(dòng)的物體，克服了現(xiàn)有多徑效應(yīng)對(duì)相位值的干擾，以便準(zhǔn)確計(jì)算純凈相位值。

進(jìn)一步，由于在室內(nèi)環(huán)境中接收相位與預(yù)期值差距很大，受多徑效應(yīng)影響嚴(yán)重。因此，本發(fā)明對(duì)多徑效應(yīng)估計(jì)具有彈性以便準(zhǔn)確計(jì)算純凈相位，本發(fā)明通過類推得出一個(gè)矩陣方程，為了得到矩陣方程的有效解，將所有信道的接收相位調(diào)整到一條擬合線上，并通過定義權(quán)重公式來削減接受相位離群點(diǎn)的影響，權(quán)重公式能夠幫助得到更合適的擬合線和更好的估計(jì)結(jié)果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a為反向散射理想化模型示意圖，圖2b為存在影響因素的反向散射模型示意圖；

圖3a為實(shí)驗(yàn)一的驗(yàn)證性分析圖，圖3b為實(shí)驗(yàn)二的驗(yàn)證性分析圖，圖3c實(shí)驗(yàn)三的驗(yàn)證性分析圖；

圖4a為信號(hào)疊加的向量關(guān)系圖，圖4b為分解反射信號(hào)的向量關(guān)系圖；

圖5是接收相位示意圖；

圖6是擬合線和接收相位示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例和說明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說明。

參見圖1，本發(fā)明分為兩個(gè)部分，第一部分，對(duì)混合相位β和純凈相位θ的關(guān)系進(jìn)行建模；第二部分，從已經(jīng)構(gòu)建的模型中計(jì)算純凈相位θ。主要步驟如下：

1)收集目標(biāo)標(biāo)簽相位數(shù)據(jù)：閱讀器天線面對(duì)目標(biāo)標(biāo)簽，在每個(gè)信道收集5秒鐘數(shù)據(jù)，遍歷n個(gè)信道，n需大于等于3，在rfid通信過程中，閱讀器接受信號(hào)是一系列射頻信號(hào)的疊加，主要包括：直徑視距信號(hào)和環(huán)境反射的信號(hào)，由于實(shí)際中，反射不可控，這將會(huì)給最終接收相位β帶來一個(gè)隨機(jī)誤差α，由于信號(hào)之間互相混疊，從而使得最終接受相位β和預(yù)期純凈相位θ是有顯著區(qū)別的；

2)對(duì)收集的相位數(shù)據(jù)進(jìn)行向量分解與角度變換：通過向量分解，將多徑造成的相位α變換為只與純凈相位θ相關(guān)的相位θ′，將向量轉(zhuǎn)換為新的形式，在這種情況下，將最終接收相位β轉(zhuǎn)換為兩個(gè)簡(jiǎn)單標(biāo)量的和；

3)通過計(jì)算及分析，建立矢量的純凈相位θ與標(biāo)量的鏡像相位之間的聯(lián)系，得到的純凈相位θ和某種鏡像相位的橋梁，也就是標(biāo)量相位

4)將鏡像相位與其他相關(guān)相位代入非齊次線性方程組求解，解得鏡像相位的值，為了得到純凈相位，通過計(jì)算來評(píng)估純凈相位可能值，定義信道n中的多徑變量是包含靜態(tài)情況和動(dòng)態(tài)情況下多徑效應(yīng)的影響，其中靜態(tài)多徑代表靜態(tài)情況下的反射性能，例如墻，天花板，家具等，而動(dòng)態(tài)多徑受移動(dòng)的物體的影響，例如移動(dòng)的機(jī)器人，行走的人等等，當(dāng)信道從n跳轉(zhuǎn)到n+1，接受相位增加值為接受信號(hào)在信道n中的相位βn被表示為三部分之和，即多徑變量是和鏡像相位之和，在此情況下，每個(gè)信道的相位β可以被表示出來，理想情況下，接受相位大致都在直線y′上；

5)通過步驟3)確立的純凈相位θ與鏡像相位之間的關(guān)系，反推出純凈相位θ的大?。河捎谠谑覂?nèi)環(huán)境中接受相位與預(yù)期值差距很大，受多徑效應(yīng)影響嚴(yán)重，應(yīng)該對(duì)多徑效應(yīng)估計(jì)具有彈性以便準(zhǔn)確計(jì)算純凈相位θ，通過類推得出一個(gè)矩陣方程，為了得到矩陣方程的有效解，將所有信道的接收相位βn調(diào)整到一條線上，并通過定義權(quán)重公式來削減接受相位離群點(diǎn)的影響，權(quán)重公式能夠幫助得到更合適的擬合線和更好的估計(jì)結(jié)果，擬合線的斜率k和截距d的和與預(yù)期值的差距可計(jì)算，接下來構(gòu)建兩個(gè)額外方程來求解公式由矩陣方程得出的非其次線性方程組的有效解，公式1的構(gòu)建與擬合線的斜率有關(guān)，公式2通過定義擬合線上的點(diǎn)yn與接收相位βn的差距(即殘差sn)的關(guān)系的得出。

參見圖2a，rfid閱讀器和無(wú)源被動(dòng)式標(biāo)簽反向散射通信的理想化模型。閱讀器的天線發(fā)出射頻信號(hào)，由標(biāo)簽進(jìn)行反向散射，并最終被閱讀器天線所接受。整個(gè)傳播距離是2d，兩倍于天線和標(biāo)簽的視距。在此路徑中，信號(hào)的相位信息是不同的。除了距離的旋轉(zhuǎn)，天線的電路以及標(biāo)簽的反射特性都會(huì)對(duì)相位產(chǎn)生額外的偏轉(zhuǎn)，定義為θa和θt。最終標(biāo)簽的接收信號(hào)相位包含三個(gè)部分，如下所示：

θ＝(θd+θa+θt)mod2π(1)

其中θd是因?yàn)樾盘?hào)傳播距離的變化造成的相位變化。它取決于當(dāng)前的發(fā)送頻f：

λ表示波長(zhǎng)，c是光速。不同于多信道的無(wú)線系統(tǒng)，大多數(shù)rfid系統(tǒng)只允許他們的閱讀器在一個(gè)信道中與標(biāo)簽進(jìn)行通信，例如impinjr420。閱讀器可以在跳頻模式的狀態(tài)下跳到另一信道進(jìn)行通信。根據(jù)說明，商用閱讀器16個(gè)信道的工作頻段為860-960mhz。

除了頻率和傳播距離，在實(shí)踐中相位可能會(huì)被其他額外因素影響，比如說多徑效應(yīng)。如圖2b所示，由標(biāo)簽反向散射的射頻信號(hào)可能會(huì)在某些地方受影響，并且改變自身原本的傳播路徑。當(dāng)它們最終北閱讀器天線接受，在閱讀器的角度來看這些波可能會(huì)相互重疊形成一個(gè)新的射頻波。如圖2b所示，最終被閱讀器接受的信號(hào)由直徑視距信號(hào)和反射信號(hào)兩部分構(gòu)成。在大多數(shù)情況下，只需要純凈的相位值也就是由公式(1)計(jì)算得出的，這僅取決于視距信號(hào)。

在現(xiàn)實(shí)中，多徑效應(yīng)是普遍存在的。屋頂，水泥墻，家具和周圍環(huán)境中的其他物體都是很好的反射媒介，本發(fā)明用三個(gè)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)一：在閱讀器前放置一個(gè)標(biāo)簽，保持標(biāo)簽和天線的相對(duì)距離和相對(duì)位置不變，將整個(gè)系統(tǒng)在室內(nèi)移動(dòng)十個(gè)不同的地方。同一標(biāo)簽的相位和接收信號(hào)強(qiáng)度(rss)如圖3a所示，半徑表示rss的值，弧度表示相位的角度。發(fā)現(xiàn)相位的變化值在(105°，345°)。這些波動(dòng)可能造成計(jì)算距離時(shí)21cm以上的誤差，這會(huì)對(duì)標(biāo)簽的定位和軌跡追蹤造成破壞性的影響。

實(shí)驗(yàn)二：利用實(shí)驗(yàn)二來測(cè)量設(shè)備的差異性，用一個(gè)閱讀器的四個(gè)天線來收集同一標(biāo)簽的相位和rss值，這四個(gè)天線是同種型號(hào)并且放在同一個(gè)位置，結(jié)果如圖3b所示。發(fā)現(xiàn)每個(gè)位置和方向即便保持不變，實(shí)驗(yàn)接受到的相位依然隨設(shè)備不同而有差別。

實(shí)驗(yàn)三：研究移動(dòng)物體的影響，持續(xù)收集標(biāo)簽的相位信息10秒左右，在此期間讓一名志愿者在rfid系統(tǒng)中隨機(jī)走動(dòng)。如圖3c所示，相位值廣泛分布在2π范圍內(nèi)，換句話說，rfid系統(tǒng)周圍的物體會(huì)很明顯的影響收集的相位信息。

本發(fā)明具體包括以下步驟：

1)收集目標(biāo)標(biāo)簽相位數(shù)據(jù)：閱讀器天線面對(duì)目標(biāo)標(biāo)簽，在每個(gè)信道收集5秒鐘數(shù)據(jù)，遍歷n個(gè)信道(n需大于等于3)。在圖4a和圖4b中闡明混合相位β和預(yù)期純凈相位θ的關(guān)系。如前所述，閱讀器接受信號(hào)是一系列射頻信號(hào)的疊加，主要包括：直徑視距信號(hào)和環(huán)境反射的信號(hào)，由于實(shí)際中，反射不可控，這將會(huì)給最終接收相位β帶來一個(gè)隨機(jī)誤差，即α，如圖4a所示，閱讀器接收到的射頻信號(hào)用極坐標(biāo)來表示，向量的弧度表示信號(hào)的振幅，極化角表示當(dāng)前的相位，表示視距信號(hào)，表示所有反射信號(hào)的疊加，相位分別是θ和α，當(dāng)和相遇，它們互相疊加形成新的信號(hào)結(jié)果表明，相位β和預(yù)期純凈相位θ是有顯著區(qū)別的。

2)對(duì)收集的相位數(shù)據(jù)進(jìn)行向量分解與角度變換：通過向量分解，將多徑造成的相位α變換為只與純凈相位θ相關(guān)的相位θ′，將向量轉(zhuǎn)換為新的形式，如圖4a所示將向量分解為兩部分，分別是和向量與向量垂直，向量和平行；如圖4b所示，用向量和代替向量和其極化角變?yōu)棣痢浜挺隆?，在此情況下，圖4a可以安全合理地等價(jià)轉(zhuǎn)換為圖4b，轉(zhuǎn)換前后極化角的關(guān)系為：

比較圖4a和圖4b，發(fā)現(xiàn)疊加信號(hào)β，θ保持不變，因?yàn)榉瓷湫盘?hào)不可控，極化角α和β是未知的，然而，在分解完向量后，構(gòu)建α′和θ的關(guān)系來便于計(jì)算θ。

3)通過計(jì)算及分析，建立矢量的純凈相位θ與標(biāo)量的鏡像相位之間的聯(lián)系，得到的純凈相位θ和某種鏡像相位的橋梁，也就是標(biāo)量相位研究疊加矢量β和兩個(gè)組件矢量θ′、α′的關(guān)系，根據(jù)矢量運(yùn)算，如果兩個(gè)矢量θ1和θ2疊加求和生成新的矢量θ3，三者關(guān)系如下：

其中a1和a2是兩個(gè)向量的振幅，矢量β′的公式如下：

公式(3)描述了α′和θ′的關(guān)系，根據(jù)三角關(guān)系，可以推出：

如果根據(jù)公式(6)用θ′替換公式(5)中的α′，則有：

現(xiàn)在假設(shè)最終的相位β可以被表示為和的和，也就是：

根據(jù)三角關(guān)系，有：

定義和表示如下：

發(fā)現(xiàn)公式(7)和公式(9)等價(jià)，這就意味著可以構(gòu)建一個(gè)純凈相位矢量θ和已定義的橋梁，即而代表了當(dāng)前視距信號(hào)和反射信號(hào)的關(guān)系，稱其為“多徑變量”，此外，由于可以進(jìn)一步推出：

其中m∈z。

在這種情況下，將最終相位β從兩個(gè)未知向量的疊加轉(zhuǎn)換為兩個(gè)簡(jiǎn)單標(biāo)量的和。此外，得到的純凈相位θ和某種鏡像相位的橋梁，也就是一種標(biāo)量相位接下來，計(jì)算鏡像和相應(yīng)相位θ的值。

4)將鏡像相位與其他相關(guān)相位代入非齊次線性方程組求解，解得鏡像相位的值，為了得到純凈相位，可以計(jì)算來評(píng)估純凈相位可能值。

定義信道n中的多徑變量是注意，包含靜態(tài)情況和動(dòng)態(tài)情況下多徑效應(yīng)的影響，也就是：

其中靜態(tài)多徑代表靜態(tài)情況下的反射性能，例如墻，天花板，家具等，而動(dòng)態(tài)多徑受移動(dòng)的物體的影響，例如移動(dòng)的機(jī)器人，行走的人等等。當(dāng)信道從n跳轉(zhuǎn)到n+1，接受相位增加值為相位差由三部分構(gòu)成，包括δθd，δθr，δθt。由于改變頻率后，波長(zhǎng)也發(fā)生相應(yīng)變化。造成的結(jié)果是，接收信號(hào)相同距離下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相位差δθd，同樣閱讀器和標(biāo)簽的相位差分別為δθr和δθt。因此，接受信號(hào)在信道n種的相位βn可以被表示為三部分之和，即：

其中是第一個(gè)信道中的鏡像相位。在此情況下，每個(gè)信道的相位β可以被表示如下：

通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)來演示上述分解，將標(biāo)簽分別放在兩種環(huán)境中，一個(gè)是開闊的區(qū)域，一個(gè)是狹窄的區(qū)域，分別記錄每隔信道收到的相位βn，如圖5所示，在開闊區(qū)域中，多徑效應(yīng)比視距信號(hào)低得多，也就是結(jié)果表明，當(dāng)閱讀器的信道從變?yōu)閚+1,相位的變化是線性的，相鄰信道的相位差是換言之，理想情況下，接受相位大致都在直線y′上。

如圖5所示，開闊區(qū)域的相位確實(shí)大致在一條直線上，與理論契合。另一方面，狹窄區(qū)域的多徑效應(yīng)是劇烈的，換言之，多徑變量不容忽視。結(jié)果表明，從信道1到16相位波動(dòng)很大，如圖5中三角形所示。同樣，在室內(nèi)環(huán)境中接受相位與預(yù)期值差距很大，受多徑效應(yīng)影響嚴(yán)重，因此，本發(fā)明應(yīng)該對(duì)多徑效應(yīng)估計(jì)具有彈性以便準(zhǔn)確計(jì)算純凈相位θ。

5)通過步驟3)確立的純凈相位θ與鏡像相位之間的關(guān)系，反推出純凈相位θ的大小。我們可以從公式(14)計(jì)算出而且公式(14)能夠類推出一個(gè)矩陣方程：

an×(n+2)·x(n+2)×1＝bn×1(16)

其中，an×(n+2)是系數(shù)矩陣，x(n+2)×1是未知的變量矩陣，bn×1代表矩陣的接受相位，公式(16)可以被詳細(xì)的表示為：

其中(·)^t表示轉(zhuǎn)置矩陣，公式(16)是非齊次線性方程。因此方程的解可以被表示為：

x＝ξ0+c1·ξ1+c2·ξ2(18)

其中，ξ0是特解，ξ1和ξ2是通解。c1和c2是ξ1和ξ2的系數(shù)。因?yàn)橛蒼+2個(gè)變量n個(gè)方程，解x有無(wú)限種可能，為了得到x到的有效解，需要額外構(gòu)建兩個(gè)方程。

為了達(dá)成這個(gè)目的，將所有信道的接收相位βn調(diào)整到一條線上，調(diào)整后的擬合線直線方程為yn＝k·n+d而且需要滿足以下條件：

其中ωn是信道n的權(quán)重。通過定義權(quán)重公式來削減離群點(diǎn)的影響。移動(dòng)物體和人造成的動(dòng)態(tài)反射，將會(huì)產(chǎn)生不可控且不穩(wěn)定的誤差。結(jié)果表明，更嚴(yán)重的多徑效應(yīng)將會(huì)導(dǎo)致接受相位更加分散。利用信道n中接收相位的樣本均值誤差σn來表示離散度：

其中表示每個(gè)信道中的樣本，是t個(gè)樣本的均值。進(jìn)一步定義權(quán)重公式：

值得注意的是所有ωn的和與信道數(shù)相等。通過減弱受影響信道的權(quán)重來消除動(dòng)態(tài)多徑效應(yīng)中不可控的誤差。當(dāng)樣本數(shù)t足夠大的時(shí)候，有：

權(quán)重公式能夠幫助我們得到更合適的擬合線和更好的估計(jì)結(jié)果。

為了得到更加合適的斜率k和截距d，需要最小化公式(19)中的偏導(dǎo)數(shù)如下：

令公式(23)等于0并求解，可得：

公式(24)中權(quán)重ωn，接受相位βn都是已知的，k和d的值很容易就可以算出。為了清楚的看到此方法的效果，狹窄區(qū)域的接受相位的擬合線y如圖6所示。發(fā)現(xiàn)擬合線和期望得到的直線y′有所差距。將公式(13)帶入公式(24)可以得到k和d的另一種表達(dá)公式：

如上已經(jīng)成功解決了擬合線y。擬合線的斜率k和截距d的和與預(yù)期值的差距是e1+e2。接下來，需要找到額外兩個(gè)方程來求解公式(18)中的系數(shù)c1和c2，即公式1和公式2。

公式1：

根據(jù)公式(18)，發(fā)現(xiàn)θ，多徑變量在矩陣x中都是未知的。也就是，他們都可以和e1一樣可以用c1和c2來表示。因此將公式(25)中的k的表達(dá)式作為公式1。

如前所述，k的值并不知道。公式1中僅存的兩個(gè)位置變量是c1和c2。注意公式(18)對(duì)公式(26)有影響，可以將其利用。

公式2：

如圖6所示，擬合線上點(diǎn)yn與接收相位βn有一定差距。定義每一對(duì)yn和βn的誤差用殘差sn，可表示為：

sn＝y(tǒng)n-βn,n＝1,2,3...n(27)

根據(jù)公式(25，)yn可以被表達(dá)如下：

結(jié)合公式(13)，殘差sn可以重新被表示為：

如果我們可以計(jì)算所有信道的總殘差，則有：

接下來在擬合線上隨機(jī)選擇一組點(diǎn)yi和yn+1-i并求和：

用公式(31)減去公式(30)，可以得到公式2：

根據(jù)公式1和公式2，可以很容易計(jì)算c1和c2的值。相應(yīng)的矩陣x中的未知變量也可以計(jì)算。注意每個(gè)受到視距信號(hào)和反射信號(hào)的雙重影響。因?yàn)橄辔徊?imgfile="bda0001335584120000184.gif"wi="72"he="63"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>仍然受到距離(δθd)和硬件特性(δθr和δθt)的影響，對(duì)純凈相位θ唯一影響的變量是可計(jì)算如下：

的值由tanα′決定，至此可以計(jì)算鏡像相位并且能夠成功得到純凈相位值θ。

本發(fā)明通過對(duì)多徑評(píng)估來獲得準(zhǔn)確相位，能夠計(jì)算室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境中真實(shí)純凈相位值。實(shí)踐表明，本發(fā)明在開放區(qū)域環(huán)境中以及多徑普遍存在的環(huán)境中誤差都非常低，分別為5.14cm，5.52cm。本發(fā)明相較于傳統(tǒng)相位收集方法表現(xiàn)優(yōu)異，并且在有移動(dòng)物體存在的情況下也具有很高的準(zhǔn)確性。