[發(fā)明專利]一種基于多參考RSSI輪廓的UHF RFID相對定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811559740.3
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109640390B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史偉光;曹曉偉;王薇;趙靖;曹宇
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué);天津維思創(chuàng)通科技有限公司
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04B17/318;H04W4/80
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1.一種基于多參考RSSI輪廓的UHF RFID相對定位方法，其具體步驟如下：

步驟1：以無源UHF RFID標(biāo)簽、高性能UHF RFID閱讀器為基礎(chǔ)構(gòu)建無源UHF RFID定位系統(tǒng)，以提升定位系統(tǒng)的識讀性能為目標(biāo)，并基于市場化普及程度，選用偶極子天線作為標(biāo)簽天線，選用微帶天線作為閱讀器天線，依據(jù)經(jīng)典電磁場理論，獲取分立狀態(tài)下的標(biāo)簽天線增益估計模型和閱讀器天線增益估計模型；

步驟2：以相對定位應(yīng)用場景為基礎(chǔ)，構(gòu)建I×N陣列結(jié)構(gòu)的無源標(biāo)簽群的密集部署模型，I為無源標(biāo)簽的行數(shù)，N為同一行中無源標(biāo)簽的個數(shù)，將分立狀態(tài)下的標(biāo)簽天線增益輻射模型和閱讀器天線增益輻射模型納入到同一笛卡爾坐標(biāo)系，結(jié)合三維空間的坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)公式，獲取聯(lián)立狀態(tài)下反向散射信號的RSSI高精度估計模型；

步驟3：以位于同行的無源標(biāo)簽作為相對定位對象，通過連接上述無源標(biāo)簽的質(zhì)心獲得標(biāo)簽排列基線，令閱讀器天線處于直線移動狀態(tài)，且移動方向平行于標(biāo)簽排列基線，以UHFRFID系統(tǒng)的前向鏈路激活和后向鏈路激活為限制條件，完成閱讀器天線運(yùn)動基線與標(biāo)簽排列基線的空間位置關(guān)系優(yōu)化設(shè)定，完成閱讀器天線運(yùn)動基線的長度優(yōu)化設(shè)定；

步驟4：以步驟2中的RSSI高精度估計模型和步驟3中的閱讀器天線運(yùn)動基線的優(yōu)化設(shè)定結(jié)果為基礎(chǔ)，以理想無噪聲作為RSSI采集估計條件，獲得閱讀器天線沿其運(yùn)動基線移動下的同一行各無源標(biāo)簽的參考RSSI輪廓集合R＝{R₁，R₂，...，R_N}，以閱讀器天線沿運(yùn)動基線自左至右移動為例，R_j表示自左至右第j個無源標(biāo)簽的參考RSSI輪廓，j∈[1，N]；

步驟5：定義單參考RSSI輪廓R^*，選取R中的邊界元素R₁或R_N作為R^*，完成單參考RSSI輪廓條件下的無源標(biāo)簽相對位置估計，以R^*＝R₁為例，獲得實(shí)際有噪聲情況下的閱讀器天線沿運(yùn)動基線移動下的同一行各無源標(biāo)簽的實(shí)測RSSI輪廓集合n_j表示無源標(biāo)簽的編號，表示編號為n_j的無源標(biāo)簽的RSSI輪廓信息，j∈[1，N]，采用動態(tài)時間規(guī)整算法，計算獲得R^*與R′中各個元素的消耗矩陣、最優(yōu)路徑和最優(yōu)路徑消耗值，構(gòu)建最優(yōu)路徑消耗值集合并對集合中各元素進(jìn)行升序排列，即可獲得當(dāng)前R^*＝R₁情況下的相對定位結(jié)果表示第i個位置上的標(biāo)簽編號屬性，以閱讀器天線沿基線方向從左至右移動，編號屬性為的標(biāo)簽處于該行標(biāo)簽序列中的從左至右第i個位置，與n_j存在唯一映射關(guān)系，i∈[1，N]；

步驟6：建立定位訓(xùn)練環(huán)境，驗(yàn)證采用步驟5中方法的相對定位結(jié)果，若定位精度滿足既定要求，則可在當(dāng)前場景下采用步驟1至步驟5中方法完成實(shí)際定位應(yīng)用，若定位精度不滿足既定要求，則進(jìn)入步驟7；

步驟7：依次選取R中的各元素作為R^*，完成多參考RSSI輪廓條件下的標(biāo)簽相對定位，以R^*＝R_i為例，引入?yún)⒖糝SSI輪廓集合對應(yīng)的參考采集時間集合T＝{T₁，T₂，...，T_N}，其中，T_i是指參考RSSI輪廓R_i的時間序列，T為所有參考RSSI輪廓的時間序列集合，引入實(shí)測RSSI輪廓集合對應(yīng)的實(shí)測采集時間集合為實(shí)測RSSI輪廓的時間序列，T′為所有實(shí)測RSSI輪廓的時間序列集合，i∈[1，N]，以T和T′為依據(jù)，判斷步驟5中所得最優(yōu)路徑上參考RSSI輪廓上各采集點(diǎn)與對應(yīng)的實(shí)測RSSI輪廓上各采集點(diǎn)的時延特征邏輯關(guān)系，根據(jù)上述時延特征邏輯關(guān)系對步驟5中的最優(yōu)路徑消耗值進(jìn)行修正，獲得修正后的最優(yōu)路徑消耗值集合，對該集合的元素進(jìn)行升序排列，即可獲得當(dāng)前R^*＝R_i情況下的相對定位結(jié)果IDⁱ；

步驟8：采用步驟7中方法，構(gòu)建基于多參考RSSI輪廓的相對定位結(jié)果集合ID＝{ID¹，ID²，...，ID^N}，定義單點(diǎn)位置統(tǒng)計集合表示編號為n_j的無源標(biāo)簽被定位到第i個位置上的次數(shù)，基于均衡策略，選取N個無源標(biāo)簽中具有最大值的無源標(biāo)簽，并定義該標(biāo)簽處于第i個位置上，采用上述方法，完成多參考RSSI輪廓條件下的無源標(biāo)簽相對位置估計，其定位結(jié)果為IF＝{IF₁，IF₂，...，IF_N}，IF_i表示第i個位置上的標(biāo)簽編號屬性，IF_i與n_j存在唯一映射關(guān)系，i∈[1，N]。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多參考RSSI輪廓的UHF RFID的相對定位方法，其特征在于，步驟7中，對于R^*＝R_i，若以編號為n_j的無源標(biāo)簽作為定位目標(biāo)，則R^*上各采集點(diǎn)與上各采集點(diǎn)的時延特征邏輯關(guān)系可以用系數(shù)g(l_k)表示，若則g(l_k)＝-1，若則g(l_k)＝1，其中l(wèi)為規(guī)整路徑，l_k為規(guī)整路徑上的第k個元素，表示上與l_k對應(yīng)的采集時間，T_i(l_k)表示T_i上與l_k對應(yīng)的采集時間，通過該邏輯關(guān)系對步驟5中的最優(yōu)路徑消耗值進(jìn)行修正，將最優(yōu)路徑消耗值的計算公式更新為其中為R^*與的歐式距離矩陣中在規(guī)整路徑l_k處的歐式距離，argmin表示優(yōu)化選取l_k進(jìn)而獲得最小路徑消耗值C_l，K為規(guī)整路徑上的元素數(shù)量。