[發明專利]一種適于定向輻射場景的無源UHF RFID定位精度的評價方法

有效

• 申請號: 201710319412.5
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107144814B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 史偉光;許信光;郭陽;趙靖;曹宇
• 申請（專利權）人: 天津工業大學;天津市北洋榮科智能科技有限責任公司
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種適于定向輻射場景的無源超高頻RFID定位精度的評價方法，其具體步驟如下：

步驟1：以無源標簽天線選用偶極子天線和閱讀器天線選用傳統微帶天線為建模條件，建立適于無源UHF RFID定位的定向輻射場景；

步驟2：選取空間直角坐標系，確立無源標簽天線的分立輻射增益模型：在上述分立輻射增益模型中，標簽天線垂直于XO_TY面，天線的質心處于原點O_T上，O_T與空間中一點A構成射線矢量θ_T為Z軸到射線矢量的到角，φ_T為射線矢量在XO_TY面上投影后X軸到該投影的到角；

步驟3：選取空間直角坐標系，確立閱讀器天線的分立輻射增益模型：在上述分立輻射增益模型中，最大輻射強度方向是天線面板的法線方向，閱讀器天線處于YO_RZ面，天線質心處于原點O_R上，且天線法線方向與X軸正向重合，O_R與空間中一點A構成射線矢量θ_R為Z軸到射線矢量的到角，φ_R為射線矢量在XO_RY面上投影后X軸到該投影的到角；

步驟4：針對步驟1中的定向輻射場景，將閱讀器和標簽同時放入同一空間直角坐標系中，對步驟(2)和步驟(3)中的分立輻射增益模型進行更新修正；

步驟5：以標簽天線坐標(x，y，z)表示標簽空間位置，將標簽置于XOY面且平行于X軸，令閱讀器天線坐標為(x_i，y_i，z_i)，i∈[3，N]，根據實際情況簡化模型參數，將系統中全部閱讀器天線置于同一高度且令z＝0，則閱讀器天線和標簽間的空間距離可以表示為進一步，步驟2中θ_T可以更新為此時，步驟2中無源標簽天線的分立輻射增益模型G_T(θ_T，φ_T)可以更新為G_T(x，y，x_i，y_i，z_i)；

步驟6：引入閱讀器天線俯仰角θ_m修正閱讀器天線的增益，設θ_m為天線法線方向和Z軸正方向的夾角，則步驟3中的θ_R和φ_R可以更新為進而可以將步驟3中閱讀器天線的分立輻射增益模型G_R(θ_R，φ_R)更新為G_R(θ_m，x，y，x_i，y_i，z_i)；

步驟7：引入閱讀器天線旋轉角φ_m修正閱讀器天線的增益，設φ_m為閱讀器天線法線方向在XOY投影和X軸正方向的夾角，采用更新公式對閱讀器和標簽的相對位置關系進行修正，同時結合實際情況，令閱讀器天線只對正前方輻射，將其后方的增益置零，令φ_R的有效范圍為[-π/2，π/2]，引入門函數rect對閱讀器天線有效輻射方向進行限定，進而可以將步驟6中的G_R(θ_m，x，y，x_i，y_i，z_i)進一步更新為G_R(θ_m，φ_m，x，y，x_i，y_i，z_i)；

步驟8：基于弗里斯功率損耗模型，閱讀器獲得的標簽收信功率可以表示為P_R＝τμ_Tρ_LP_Tx|G_TG_RPL(d)|²|h|⁴|Γ|²，其中，G_T和G_R分別采用步驟5和步驟7中的表示式，是信道路徑損耗，λ為電磁波波長，τ為調制效率，ρ_L為極化損耗，P_Tx為傳輸功率，Γ為微分反射系數，h為多徑因子，根據實際情況在接收功率中加入高斯白噪聲，構建基于N個閱讀器的收信功率的觀測矢量滿足其中ω＝[ω₁，...，ω_i，...ω_N]^T，ω_i服從期望為0，方差為σ²的高斯分布，進而可將收信功率的似然函數表示為其中θ＝[x，y]；

步驟9：基于步驟8中的似然函數，可以獲得θ的無偏估計均方根誤差的克拉美羅界為[I(θ)]_xx和[I(θ)]_yy分別為收信功率P_R的費歇爾信息矩陣中的元素，費歇爾信息矩陣可以表示為

步驟10：根據公式計算獲得矩陣中每個元素的表示式，對于[I(θ)]_xx有

對于[I(θ)]_yy有，

對于[I(θ)]_xy和[I(θ)]_yx分別有

其中X＝cosφ_m(x-x_i)+sinφ_m(y-y_i)，Y＝-sinφ_m(x-x_i)+cosφ_m(y-y_i)，

步驟11：依據步驟(10)獲得的[I(θ)]_xx、[I(θ)]_xy、[I(θ)]_yx、[I(θ)]_yy的表達式，可以計算費歇爾信息矩陣的逆矩陣I(θ)^-1，進而可以獲得以閱讀器收信功率P_R作為觀測量條件下的標簽定位誤差的克拉美羅下界，即系統的標簽定位誤差不會低于該克拉美羅下界的數值，以此可以精確評價定向輻射場景下的無源超高頻RFID定位系統的定位精度。