[發明專利]一種基于載波相位的RFID室內多目標3D定位系統及方法

在審

• 申請號: 202210026032.3
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN114372543A
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 謝良波;朱子越;何維;楊小龍;周牧;聶偉;王勇
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06K17/00
• 分類號: G06K17/00;H04B1/713;H04W4/38;H04W4/80
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于載波相位的射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)室內單站多目標3D定位系統，其特征在于系統包括一個RFID讀寫器、一個一發多收的跳頻收發設備、多個RFID無源標簽、若干天線、一個千兆交換機、一臺數據處理終端、若干千兆網線和若干射頻電纜。RFID讀寫器通過射頻電纜與天線連接，發射攜帶RFID命令信息的信號并接收RFID無源標簽反射的信號，實現讀寫器與標簽之間的信息交互；跳頻收發設備有一個射頻信號發射端和多個射頻信號接收端，射頻信號發射端通過射頻電纜與天線連接，發射跳頻信號，射頻信號接收端通過射頻電纜與天線連接，接收標簽反射的信號；數據處理終端通過千兆網線和千兆交換機與跳頻收發設備連接，接收端接收到的標簽反射信號數據通過網線和交換機發送至數據處理終端，數據處理終端負責控制硬件控制及后續的數據處理和定位。

2.根據權利要求1所述的一種基于載波相位的RFID室內單站多目標3D定位系統，其特征在于包含一種基于載波相位的RFID室內單站多目標3D定位方法，其特征在于包含以下步驟：

(1)使用讀寫器與RFID無源標簽建立通信，讀寫器通過防碰撞檢測實現多標簽的識別；

(2)一發多收跳頻收發設備采用跳頻技術獲取當前處于通信狀態的RFID無源標簽在多個不同載波頻率下的反射信號，并根據RFID協議解析反射信號中的標簽電子產品代碼(Electronic Product Code，EPC)信息，隨后根據EPC分別保存各頻點反射信號信息；

(3)利用不同的EPC實現不同目標的識別，并將每個EPC下的各頻點反射信號信息帶入聯合粒子群優化算法(Joint Particle swarm optimization，JPSO)完成多目標3D定位。

3.根據權利要求2所述的一種基于載波相位的RFID室內單站多目標3D定位方法，其特征在于步驟(3)中，JPSO算法的具體步驟為：

首先，JPSO算法初始化。令一輪跳頻結束后共解析出M個EPC，JPSO算法最大迭代次數為W，粒子群粒子數量為G，將G個粒子劃分為M組，每組G/M個粒子，每個粒子有位置和速度兩個屬性，在初始化時，所有粒子的位置和速度將隨機分配。記m組中第g個粒子的三維坐標位置為pos_g,m＝(x_g,y_g,z_g)，速度向量為v_g＝(v_xg,v_yg,v_zg)，在初始化完成后，開始JPSO算法的迭代；

其次，多目標3D定位。JPSO算法迭代過程中，粒子g位置pos_g,m下一狀態pos’_g,m更新公式為：

pos'_g,m＝pos_g,m+v_g＝(x_g+v_xg,y_g+v_yg,z_g+v_zg) (1)

相應地，v_g下一狀態v’_g更新公式為：

v'_g＝α*v_g+c_pb*(pb_g-pos'_g,m)+c_gb*(gb_m-pos'_g,m) (2)

其中，α代表粒子g上一狀態速度v_g的影響因子，c_pb代表粒子歷史最優位置的影響因子，坐標pb_g代表粒子g歷史最優位置，c_gb代表全局最優的影響因子，坐標gb_m代表第m組的全局歷史最優位置。

在第w次迭代計算中，pb_g的更新公式為：

其中，F(x,y,z)是權重計算函數，其參數為坐標點。首次迭代時，pb_g＝pos_g,m；后續迭代中，如果粒子g當前位置pos_g,m通過F(x,y,z)得到的權值大于pb_g當前記錄位置通過F(x,y,z)得到的權值，即F(pos_g,m)F(pb_g)，則將pb_g記錄的位置更新為粒子g當前位置，否則pb_g保持不變。相應的，gb_m的更新公式為：

最后，在迭代計算過程中，JPSO算法會根據全局最優坐標更新情況對每個分組進行“重震”計數更新，若計數器達到閾值N，該組粒子群觸發“重震”，該組中各粒子重新隨機分配位置和速度進行迭代，其它分組不受影響，迭代繼續；迭代結束時，JPSO記錄的每組歷史全局最優坐標即為多目標3D定位結果。