專利名稱：基于虛擬標(biāo)簽算法的無(wú)線射頻室內(nèi)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于虛擬標(biāo)簽算法的無(wú)線射頻室內(nèi)定位方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線射頻識(shí)別(RFID，Radio Frequency Identification)是一種通過(guò)電磁場(chǎng)利用無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識(shí)別目標(biāo)的目的，并實(shí)現(xiàn)非接觸式自動(dòng)數(shù)據(jù)交換的技術(shù)。目前，射頻識(shí)別技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通運(yùn)輸?shù)葢?yīng)用領(lǐng)域，并在定位跟蹤、自動(dòng)掃描等無(wú)人自動(dòng)管理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。特別是隨著“物聯(lián)網(wǎng)”(IoT， Internet of Things)概念引起業(yè)界廣泛關(guān)注，作為一種先進(jìn)生產(chǎn)力，RFID技術(shù)的廣泛應(yīng)用對(duì)提高生產(chǎn)效率、提升用戶應(yīng)用對(duì)應(yīng)用的體驗(yàn)具有極大的促進(jìn)作用。射頻識(shí)別系統(tǒng)一般包括RFID讀寫器、RFID標(biāo)簽、天線和中間件等。RFID讀寫器與 RFID標(biāo)簽之間的通信通過(guò)電磁波傳輸與接收來(lái)實(shí)現(xiàn)。RFID讀寫器可以快速掃描讀取信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)的多個(gè)RFID標(biāo)簽信息。在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，RFID標(biāo)簽反射的信號(hào)可以透過(guò)紙張、木材、塑料甚至墻壁等非金屬或非透明材質(zhì)，進(jìn)行穿透性通信，穿透性較強(qiáng)。并且，RFID 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容可以加密，從而保證數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的安全性。目前在RFID定位方法研究和應(yīng)用方面，主要是通過(guò)部署大量的參考標(biāo)簽和RFID 讀寫器，采集待定位標(biāo)簽的RSSI信息，基于傳統(tǒng)信號(hào)傳播模型以及三角定位等方法進(jìn)行位置計(jì)算。但現(xiàn)有的基于RFID技術(shù)設(shè)計(jì)的定位系統(tǒng)，在系統(tǒng)可靠性、定位方式、定位精度、定位效率等關(guān)鍵問(wèn)題上還存在著諸多問(wèn)題，這些因素造成了現(xiàn)有基于RSSI的定位系統(tǒng)定位精度較差。此外現(xiàn)定位系統(tǒng)的規(guī)模相對(duì)較小，可擴(kuò)展性較差。部分定位系統(tǒng)采用部署參考標(biāo)簽的方法來(lái)提高使用RSSI定位的精度，但是系統(tǒng)性能受到參考標(biāo)簽密度、部署布局的影響，不適合實(shí)際的應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于虛擬參考標(biāo)簽算法的無(wú)線射頻室內(nèi)定位方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)置高密度參考標(biāo)簽帶來(lái)的射頻信號(hào)干擾問(wèn)題，參考標(biāo)簽布局靈活，同時(shí)擴(kuò)展了定位區(qū)域范圍，提高了室內(nèi)定位精度。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于虛擬標(biāo)簽算法的無(wú)線射頻室內(nèi)定位方法， 將參考標(biāo)簽固定在定位區(qū)域內(nèi)的適當(dāng)位置，其坐標(biāo)相對(duì)容易的通過(guò)測(cè)量獲得，對(duì)參考標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度，通過(guò)設(shè)定的RFID讀寫器每隔一段時(shí)間讀取一次，以便適應(yīng)環(huán)境因素變化對(duì)定位誤差帶來(lái)的影響；而將定位的標(biāo)簽附著在待定位目標(biāo)上，通過(guò)RFID讀寫器接收到的定位標(biāo)簽的信號(hào)來(lái)估計(jì)其在空間的位置，該方法按照以下步驟實(shí)施步驟1、進(jìn)行環(huán)境變量的估計(jì)采用經(jīng)典的對(duì)數(shù)路徑損耗模型，對(duì)于確定的T-R間隔距離d從信道中獲得的信號(hào)強(qiáng)度RSSI的分貝值，用公式(1)來(lái)預(yù)測(cè)
權(quán)利要求
1. 一種基于虛擬標(biāo)簽算法的無(wú)線射頻室內(nèi)定位方法，將參考標(biāo)簽固定在定位區(qū)域內(nèi)的適當(dāng)位置，其坐標(biāo)相對(duì)容易的通過(guò)測(cè)量獲得，對(duì)參考標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度，通過(guò)設(shè)定的RFID讀寫器每隔一段時(shí)間讀取一次，以便適應(yīng)環(huán)境因素變化對(duì)定位誤差帶來(lái)的影響；而將定位的標(biāo)簽附著在待定位目標(biāo)上，通過(guò)RFID讀寫器接收到的定位標(biāo)簽的信號(hào)來(lái)估計(jì)其在空間的位置，其特征在于，該方法按照以下步驟實(shí)施步驟1、進(jìn)行環(huán)境變量的估計(jì)采用經(jīng)典的對(duì)數(shù)路徑損耗模型，對(duì)于確定的T-R間隔距離d從信道中獲得的信號(hào)強(qiáng)度 RSSI的分貝值，用公式(1)來(lái)預(yù)測(cè)RSSI = RSSI(dQ) -1OTV log(—) + Χσ(1)其中，N代表路徑損耗指數(shù)，X0代表陰影造成的影響，Cltl指發(fā)射站的近地參考距離，從該公式(1)可知，由于受到陰影效應(yīng)的影響，在同一地點(diǎn)RFID讀寫器獲得的定位目標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度值將會(huì)隨時(shí)間而變化，設(shè)在定位區(qū)域內(nèi)有m臺(tái)信號(hào)相互覆蓋的RFID讀寫器，分別表示為R1, R2. . . Rffl,并且該區(qū)域內(nèi)部署有η個(gè)參考標(biāo)簽，分別記為RT1, RT2. . . RTn,這些參考標(biāo)簽均能夠被上述m臺(tái)讀寫器定位，則從參考標(biāo)簽RTj發(fā)送的信號(hào)被讀寫器氏接收到的信號(hào)強(qiáng)度記為RTRSSIij，其中 i e [l，m]，j e [1，η]，假設(shè)在定位區(qū)域內(nèi)有被追蹤的定位標(biāo)簽T，則T被讀寫器氏獲得的信號(hào)強(qiáng)度記為RSSIi,由于參考標(biāo)簽部署之后位置固定，通過(guò)測(cè)量獲得參考標(biāo)簽的坐標(biāo)，參考標(biāo)簽RTj與讀寫器Ri之間的距離比較容易的求出，根據(jù)公式(1)和RSSI值樣本，估計(jì)路徑損耗指數(shù)和正態(tài)隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差ο等環(huán)境變量1. 1)路徑損耗指數(shù)估計(jì)路徑損耗指數(shù)N的數(shù)值依賴于特定的信號(hào)傳播環(huán)境，在室內(nèi)的視距條件下，N值通常在 3. OdB 到 4. OdB 間，在估計(jì)對(duì)數(shù)路徑損耗指數(shù)N時(shí)，選擇近地參考距離為Cltl = lm，對(duì)Cltl處的信號(hào)強(qiáng)度 RSSI (d0), RFID標(biāo)簽的發(fā)射功率Pt，天線增益Gt，RFID讀寫器接收天線增益G,與載波的頻率f，在設(shè)備確定后都比較容易獲得，所以沿著讀寫器氏與參考標(biāo)簽RTj方向上的路徑損耗指數(shù)通過(guò)公式(2)計(jì)算Pt+Gt+Gr+20\og{^-)-RTRSSIvN11 =---，(2)]IOlogJy由于傳播介質(zhì)和障礙物沿著RFID標(biāo)簽不同方向的路徑損耗指數(shù)有所不同，所以對(duì)其分別計(jì)算，公式O)中忽略了正態(tài)分布隨機(jī)變量X。的影響，如果通過(guò)單個(gè)樣本值估計(jì)路徑損耗指數(shù)Nu誤差，將會(huì)偏離真實(shí)值很大，為了抵消單個(gè)樣本對(duì)Nu估計(jì)的偏差，需要在第一階段在系統(tǒng)運(yùn)行后積累一定量的參考標(biāo)簽的RSSI值，然后利用這些樣本根據(jù)估計(jì)路徑損耗指數(shù)&，其中P代表樣本數(shù)量
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬標(biāo)簽算法的無(wú)線射頻室內(nèi)定位方法，其特征在干， 所述的權(quán)值公式(9)中的Wst通過(guò)公式(10)計(jì)算
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于虛擬標(biāo)簽算法的無(wú)線射頻室內(nèi)定位方法，將參考標(biāo)簽固定在定位區(qū)域內(nèi)的適當(dāng)位置，其坐標(biāo)相對(duì)容易的通過(guò)測(cè)量獲得，對(duì)參考標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度，通過(guò)設(shè)定的RFID讀寫器每隔一段時(shí)間讀取一次，以便適應(yīng)環(huán)境因素變化對(duì)定位誤差帶來(lái)的影響；而將定位的標(biāo)簽附著在待定位目標(biāo)上，通過(guò)RFID讀寫器接收到的定位標(biāo)簽的信號(hào)來(lái)估計(jì)其在空間的位置，按照以下步驟實(shí)施先進(jìn)行環(huán)境變量的估計(jì)，包括路徑損耗指數(shù)估計(jì)和正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)；再構(gòu)造虛擬參考標(biāo)簽；最后基于虛擬參考標(biāo)簽的定位算法實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的室內(nèi)定位方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)置高密度參考標(biāo)簽帶來(lái)的射頻信號(hào)干擾問(wèn)題，參考標(biāo)簽布局靈活，同時(shí)擴(kuò)展了定位區(qū)域范圍，提高了室內(nèi)定位精度。
文檔編號(hào)G01S5/02GK102338866SQ201110147450
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者于蕾, 李軍懷, 王一樂(lè) 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)