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一种RFID标签的定位系统及定位方法

阅读：1023发布：2020-06-14

专利汇可以提供一种RFID标签的定位系统及定位方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种RFID标签的定位系统及定位方法，其特征包括：RFID阅读器发送固定发射角且含有数据信息的辐射波束，并检测区域范围内标签的RSSI；2D振镜系统反射辐射波束，伺服控制系统与2D振镜系统相连，控制旋转振镜角度，间接控制辐射波束的辐射方向；标签接收阅读器发送的辐射信号，产生RSSI；根据振镜对辐射波束的位置调整，在单位时间段内，阅读器获取待测标签的读取次数和标签信息，用读取次数表示RSSI的强度，将信息上传给PC端；最后PC端筛选出至少三组最优数据信息，对其求权重，结合定位算法计算出各标签的位置坐标。本发明未使用测距方式定位，极大地提高了标签定位的精确性，成本低廉，易于搭建，可应用于密级型标签分布环境。，下面是一种RFID标签的定位系统及定位方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种RFID标签的定位系统及定位方法，其特征在于，包括RFID阅读器、2D振镜系统、RFID标签和PC端，PC端与FID阅读器、2D振镜系统相连接；定位方法包括以下步骤：
S1：RFID阅读器发送恒定功率、固定束角的射频信号，并检测区域范围内标签的RSSI；
S2：2D振镜系统反射RFID阅读器发送的辐射波束；
S3：伺服控制系统旋转2D振镜系统中的振镜角度，控制辐射波束的辐射方向，并将旋转的角度信息上传给PC端；
S4：RFID标签接收RFID阅读器发送的信号，并产生RSSI，并检测区域范围内RFID标签的RSSI强度；
S5：RFID阅读器将接收到的标签信息上传给与RFID阅读器相连接的PC端；
S6：PC端处理接收到的数据信息，系统从多组数据中筛选最优的至少三个坐标点（即至少三组数据），参考标签的RSSI强度，结合定位算法加权重求值，计算得到标签的位置信息。
2.根据权利要求1所述的RFID标签的定位系统及定位方法，其特征在于：所述的RFID阅读器为射频信号的发送和接收机；RFID阅读器以恒定的功率发送射频信号，射频信号的束角宽度保持一致。
3.根据权利要求1所述的RFID标签的定位系统及定位方法，其特征在于：所述的2D振镜系统可两个振镜组成，是用来反射辐射波束，调整波束的扫描方向完成对二维面的扫描，用以确定位置坐标。
4.根据权利要求1所述的RFID标签的定位系统及定位方法，其特征在于，所述的伺服控制系统用以固定2D振镜系统，用以产生不同方位的转角，辅助2D振镜系统实现对辐射波束的定向反射，实现在目标区域面的坐标化扫描。
5.根据权利要求1所述的RFID标签的定位系统及定位方法，其特征在于：所述的RFID标签含有数据信息，在系统中用来接收阅读器的RSSI，做出相应RSSI强度的反馈，被用来实现阅读器对其的定位；REID标签的RSSI强度，在计算位置坐标中，是用标签的阅读次数来表示。
6.根据权利要求1所述的RFID标签的定位系统及定位方法，其特征在于：所述的PC与阅读器相连接，用以接收阅读器反馈回的标签信息，经过系统的权重算法分析求出位置坐标。
7.根据权利要求1中所述的RFID标签的定位系统及定位方法，其特征在于：所述的伺服电机系统与PC端相连，每产生一个单位的变化量，都会将信息上传给PC端。
8.根据权利要求1所述的RFID标签的定位系统及定位方法，其特征在于：所述的至少三组数据，是在精度要求不高的情况下使用，精度要求较高时，可按实际情况进行多组数据的计算，实现更精确的定位。
9.根据权利要求3-4中所述的RFID标签的定位系统及定位方法，其特征在于：所述的扫描面可根据伺服控制系统控制振镜产生的角度、波束中心点距离和波束宽度等参数将其实现坐标化。
10.根据权利要求6所述的RFID标签的定位系统及定位方法，其特征在于：所述的阅读次数，是在辐射波斑的有效区域内，与RSSI强度具有一定的线性关系。

说明书全文

一种RFID标签的定位系统及定位方法

技术领域

[0001]本发明涉及标签识别技术领域，具体地说，涉及一种应用在物流，仓库管理，智能识别等领域的RFID标签定位系统及方法。

背景技术

[0002]由于商品的生产销售，货物的管理与分配，智能识别等领域都需要对目标产品的定位，定位系统越来越受到大众的欢迎。目前常见的定位有无线局域网定位、蓝牙定位、GPS定位等等。随着对产品定位精度要求的提高，产品数量的增多，传统的定位技术已经不能满足要求，急需低成本、高精度的定位系统的出现。

[0003] 射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池；也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波（调成无线电频率的电磁场）。标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。在该系统中，定位算法是RFID定位技术的关键，当前RFID的定位技术有测距技术的定位算法和无测距技术算法。测距技术的定位算法包括到达时间定位（TOA，Time of Arrival）、到达时间差定位（TDOA，Time Different Of Arrival）、方向测量定位（AOA，Angle-of-Arrival）以及信号强度定位（RSSI，Received Signal Strength Indicator）；基于无测距的定位算法包括DV-HOP定位算法、APIT定位算法、凸规划算法。

[0004] 现有的定位方法有二维定位法、三角质心定位法，这两种方法误差都很大，不能够实现对标签进行精确的定位，也不适合在标签密集的环境中使用。还有较为先进的RFID 定位技术是在标签区设置多个读写头采集待定位标签和参考标签的RSSI强度，得到多组待定位标签和参考标签的RSSI强度，根据所得到的数据，结合二维定位算法，计算得到待定位标签的定位信息。该方法虽然可行，但是铺设搭建很不方便，而且费用也十分昂贵。也有基于相阵天线阅读器开发的定位方法，通过电磁波相位的变化来调节波束的方向，达到对标签方向的扫描定位，缺点是相阵天线成本过分昂贵且不易实现。

发明内容

[0005]为了解决现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种RFID定位系统及方法，旨在实现无需测距对多标签的进行精确定位和识别，而且易于实现，成本低廉，方便集成，应用方便。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种RFID标签的定位系统及定位方法，其特征在于，包括RFID阅读器、RFID标签、2D振镜系统、伺服控制系统和PC端；RFID标签的定位系统的定位方法包括以下步骤：S1：RFID阅读器发送恒定功率、固定束角的射频信号；
S2：2D振镜系统反射RFID阅读器发出的辐射波束；
S4：RFID标签接收RFID阅读器发送的信号，并产生RSSI，并检测区域范围内RFID标签的RSSI强度；
S3：伺服控制系统旋转2D振镜系统中的振镜角度，控制振镜反射的辐射波束的辐射方向，并将旋转的角度信息上传给PC端；
S5：RFID阅读器将接收到的RFID标签信息上传给与RFID阅读器相连接的PC端；
S6：PC端处理接收到的数据信息，从多组数据中筛选最优的至少三个坐标点（即至少三组数据），参考标签的RSSI强度，结合定位算法加权重求值，计算得到标签的位置信息。

[0007] 进一步地，所述的RFID阅读器为射频信号的发送和接收机。

[0008] 进一步地，所述的2D振镜系统是用来反射辐射波束，调整波束的扫描方向完成对二维面的扫描，形成检测区域面坐标，用以确定标签的位置坐标。

[0009] 进一步地，所述的伺服控制系统用以固定2D振镜系统，用以产生不同方位的转角，辅助2D振镜系统实现对辐射波束的定向反射，实现在目标区域面的扫描。

[0010] 进一步地，所述的标签含有数据信息，在系统中用来接收阅读器的RSSI，做出相应RSSI强度的反馈，被用来实现阅读器对其的鉴别与定位。

[0011] 进一步地，所述的PC与阅读器相连接，用以接收阅读器反馈回的标签信息，经过系统的权重算法分析求出位置坐标。

[0012] 进一步地，所述的RFID阅读器是以恒定的功率发送射频信号，射频信号的束角保持一致。

[0013] 进一步地，所述的经过2D振镜系统的反射波波束角保持不变。

[0014] 进一步地，所述的伺服电机系统与PC端相连，每产生一个单位的变化量，都会将信息上传给PC端。

[0015] 进一步地，所述的检测区域面坐标是根据波束角θ，振镜到区域面的垂直距离H和振镜偏转角度α等变量计算出各个坐标点的位置信息，将检测区域坐标化。

[0016] 进一步地，所述的阅读次数，是在辐射波斑的有效区域内，与RSSI强度具有一定的线性关系。

[0017] 本发明提供一种RFID标签的定位系统及定位方法，实施方式为：在检测区域范围内，RFID阅读器发出辐射波束，经过伺服控制系统控制2D振镜系统的偏转方向，将辐射波斑打到检测区域面，完成检测区域坐标化以及对标签的RSSI信号强度的检测，由于越靠近波斑中心，RSSI强度越强，单位时间内，标签被检测的次数越多，因此，在良好的线性范围内，本发明用标签被检测的次数来表示RSSI的强度。阅读器和伺服控制系统将检测信息和控制信息回传到PC端，PC端筛选出至少3组最优的数据（按精度要求可增加为更多组的数据），结合定位算法和权重算法，计算得出标签的定位信息。

[0018] 本发明的有益效果为，由于采取了振镜反射的方式，更方便于系统的集成，制作成本比传统RFID标签定位系统低了很多，易于搭建，而且通过该方法提高了标签的定位精度，可以广泛地适用于标签较多的应用场景。附图说明

[0019]

[0020] 图1本发明运用的双振镜系统工作示意图。

[0021] 图2本发明运用的权重定位方法示意图。

[0022] 图3本发明RFID标签定位系统示意图。

具体实施方式

[0023]

[0024] 一种RFID标签的定位系统及定位方法，RFID标签的定位系统主要包括：PC端，RFID阅读器，振镜，伺服控制系统和RFID标签。RFID阅读器和伺服控制系统分别与PC端相连，可实现数据通信；RFID阅读器是用来产生辐射波束和读取标签信息；振镜固定于伺服控制系统上，可实现角度的偏转，用来反射RFID阅读器产生的辐射波束，实现对标签区域的扫描与检测；PC端是用来作为系统的数据处理中心，计算标签的位置信息。

[0025] RFID阅读器发送恒定功率、固定束角的射频信号，并检测区域范围内标签的RSSI，伺服控制系统控制2D振镜系统旋转角度，控制辐射波束的传播方向对待定位标签所在的平面进行扫描。由于标签越靠近波斑的中心，接受的RSSI越强，阅读器扫描到标签的次数越多。在一定范围内，阅读次数与RSSI强度有良好的线性关系，由此，可根据阅读器扫描到标签次数的多少来体现RSSI的强度。

[0026] 在该系统中，RFID阅读器、伺服控制系统以及2D振镜系统是集成在一起的，并与PC端相连接，以方便使用与固定。RFID阅读器和伺服控制系统实时将数据信息回传给与之相连的PC端处理。

[0027] 在本系统中，该装置安装在固定位置，并且阅读器是以恒定的功率发送数据信息，以保证发送的波束的束角和强度基本不变。

[0028] 在本系统安装时，首先会将伺服控制系统的步进以及扫描方式预先设定好，其次对检测区域进行完整的扫描，实现对区域的坐标化，以便后续定位使用。

[0029] 在定位过程中，待定位标签接收到阅读器的信号，当标签越接近波束中心时，标签接收到的RSSI信号强度越强，因此被阅读器检测得到的次数就越多。阅读器将在每个位置点读取到标签的次数上传给PC端，PC端会筛选至少三组针对同一标签阅读次数最多的位置点。然后PC端结合定位算法，实现对标签的精确定位。通过这种方式，收集到各待测标签的对应的阅读次数，求得各待测标签的定位信息。

[0030] 采用本方法时，为了区分待测标签的位置信息，每个标签都含有各自不同的标签信息，系统每次相对应的检测后，收集到的数据都会进行分组，将各标签的数据以小组的形式进行处理。

[0031] 下面介绍本发明中运用的关键工作原理和算法。

[0032] 图1为本发明运用的双振镜系统工作示意图。RFID阅读器发出辐射波，2D振镜系统中振镜1和振镜2依次对辐射波进行反射，反射波1垂直打到待检测区域面；伺服控制系统振镜1和振镜2旋转使得振镜1和振镜2反射的辐射波斑可遍历整个标签区域，对整个标签区域面进行扫描；振镜系统旋转会使反射波束（如反射波2）产生与垂直方向偏移角，与X轴的偏移角度为。则根据、和振镜离区域面的高度H，可计算出各个辐射波斑中心坐标点的值，即可在系统中绘制好检测区域坐标图。计算公式如下。

[0033]图2为本发明运用的权重定位方法示意图，为辐射波斑中心坐标点，当天线在波束范围内检测到标签信息后，经过对标签RSSI强度的检测，选取信号最强的至少三个位置点，对应各位置点结合信号的强度加权求坐标点，即可得到标签的最佳定位点。公式如下。

[0034] Si为位置点标签的RSSI强度，S为各位置标签RSSI强度的总和，M为选取的位置点个数。为对应位置点的波束中心坐标点。

[0035] 由于RSSI强度会受到传播介质影响，在该系统中，所述的对标签RSSI强度检测，是用频繁的阅读次数来体现标签离辐射中心的远近程度。由于被动标签使用的是反向散射通信，这意味着靠近辐射中心的标签将获得比远离辐射中心更大的能量，因此有更高的可能性更频繁地阅读，在辐射波斑的有效范围内，阅读次数与RSSI强度有良好的线性关系。在此，我们将阅读次数记录为N，则权重因子可表示为。

[0036] 则位置坐标可表示为。

[0037] 图3为本发明RFID标签定位系统示意图，主要的工作流程为：PC端可控制阅读器和伺服控制系统执行检测操作。在检测区域范围内，RFID阅读器发生辐射波束，伺服控制系统调整振镜实现对辐射波束的反射，将其反射到标签所在的表面，完成检测区域坐标化以及对标签的RSSI信号强度的检测。然后，阅读器将标签信息和阅读次数上传给PC端；伺服控制系统将振镜的步进和偏转角度等数据上传给PC端。PC端筛选出至少3组最优的数据（按精度要求可增加为更多组的数据），结合定位算法和权重算法，经过运算，即可求得标签精确的位置信息，实现对标签的定位。

[0038] 上述实施方式仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴。

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