[發明專利]一種基于相位特征的移動機器人RFID定位方法

有效

• 申請號: 201810384983.1
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108414972B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 陶波;吳海兵;尹周平;張博文;洪超;陳勃
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G06K7/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

1.一種基于相位特征的移動機器人RFID定位方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

S1設置于移動機器人上的RFID讀寫器在移動機器人運動時，與目標物上安裝的RFID標簽形成射頻回路，RFID讀寫器持續測量RFID射頻回路的相位信息和信號波長信息，該相位信息為周期非連續信息；

S2利用相位解纏算法將周期非連續的相位信息轉化為連續非周期的相位信息，并獲取RFID讀寫器天線的位置信息，其中所述相位解纏算法具體為：令γ⁽¹⁾＝θ⁽¹⁾，并開始如下循環，直到將所有周期非連續相位信息轉化為連續非周期相位信息：

當θ⁽ⁱ⁾-θ^(i-1)Ψ時，令γ⁽ⁱ⁾＝γ^(i-1)+(θ⁽ⁱ⁾-θ^(i-1))-2π；

當θ⁽ⁱ⁾-θ^(i-1)-Ψ時，令γ⁽ⁱ⁾＝γ^(i-1)+(θ⁽ⁱ⁾-θ^(i-1))+2π；

當-Ψ≤θ⁽ⁱ⁾-θ^(i-1)≤Ψ時，令γ⁽ⁱ⁾＝γ^(i-1)+(θ⁽ⁱ⁾-θ^(i-1))；

其中，θ⁽ⁱ⁾是第i個相位測量時刻測得的相位，γ⁽ⁱ⁾是第i個相位測量時刻測得的相位對應的實際解纏相位，0Ψ2π，i＝2～N，N為相位信息數量；

S3構建解纏相位-位置模型，將所述的信號波長信息、連續非周期的相位信息以及RFID讀寫器天線的位置信息代入解纏相位-位置模型中，計算獲得RFID標簽相對于移動機器人的位置信息，以此實現目標物的定位，其中所述解纏相位-位置模型具體為：

其中，δ⁽ⁱ⁾是第i個相位測量時刻測得的相位對應的理論解纏相位，λ⁽ⁱ⁾是第i個相位測量時刻對應的信號波長，是第i個相位測量時刻對應的RFID讀寫器天線的位置坐標，(x,y,z)是目標物上待定位RFID標簽的坐標，β是模糊因子。

2.如權利要求1所述的基于相位特征的移動機器人RFID定位方法，其特征在于，步驟S2中利用航跡推測法與旋轉平移變換得到天線的位置信息，具體為：根據上一時刻i-1的移動機器人方位信息及移動機器人內部的慣性傳感器信息，通過遞推計算得到當前時刻i的移動機器人方位信息；根據當前時刻i的移動機器人方位信息通過旋轉平移變換方程得到當前時刻RFID讀寫器天線的位置信息。

3.如權利要求2所述的基于相位特征的移動機器人RFID定位方法，其特征在于，所述旋轉平移變換方程式具體為：

其中，(x⁽ⁱ⁾,y⁽ⁱ⁾,th⁽ⁱ⁾)是第i個相位測量時刻對應的移動機器人方位，z是RFID讀寫器天線在移動機器人坐標系中的z坐標，(ρ,α)是RFID讀寫器天線在移動機器人坐標系中的極坐標，是第i個相位測量時刻對應的RFID讀寫器天線的位置坐標。

4.如權利要求1所述的基于相位特征的移動機器人RFID定位方法，其特征在于，步驟S3中通過數值迭代優化算法計算獲得RFID標簽相對于移動機器人的位置信息，具體為：

S31建立代價函數如下：

其中，N為相位信息數量；

S32求解代價函數的極小值，使該代價函數取得極小值時對應的(x,y,z)即為RFID標簽相對于移動機器人的位置信息。

5.如權利要求1-4任一項所述的基于相位特征的移動機器人RFID定位方法，其特征在于，所述N≥4。