一種高精度低頻定位裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度低頻定位裝置及其方法，包括信息處理中心、調(diào)制解調(diào)單元、天線矩陣、數(shù)據(jù)采集單元和電子標(biāo)簽。其工作原理如下：信息處理中心通過調(diào)制解調(diào)單元驅(qū)動天線矩陣，天線矩陣再發(fā)射射頻功率將被動式的低頻RFID的電子標(biāo)簽激活。電子標(biāo)簽的返回信號經(jīng)調(diào)制解調(diào)單元放大后，由數(shù)據(jù)采集單元對被放大的信號進(jìn)行采樣，然后數(shù)據(jù)采集單元計(jì)算天線矩陣中各個接收天線拾取的電子標(biāo)簽的編碼信息和信號強(qiáng)度，并將編碼信息和信號強(qiáng)度發(fā)送給信息處理中心。信息處理中心根據(jù)接收到的編碼信息和信號強(qiáng)度計(jì)算出該電子標(biāo)簽在天線矩陣中的坐標(biāo)信息。
【專利說明】一種高精度低頻定位裝置及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及射頻識別領(lǐng)域，具體地說，特別涉及到一種高精度低頻定位裝置及其 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前使用RFID技術(shù)進(jìn)行定位已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)化應(yīng)用階段，各種RFID技術(shù)都有自 身優(yōu)勢和劣勢。低頻RFID技術(shù)具有較強(qiáng)的穿透力，輻射范圍比較恒定，但是通信速率較低； 高頻RFID技術(shù)通信速率較高，輻射范圍比較恒定，但是穿透力稍差，不太適合地埋式應(yīng)用； 超高頻RFID技術(shù)通信距離較遠(yuǎn)，但是輻射范圍比較難以控制，很難應(yīng)用于近距離精確定位 的場合。
[0003] 另外，目前市場上基于低頻RFID方案的定位設(shè)備的精度無法做到厘米級。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)際需要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高精度低 頻定位裝置及其方法，采用矩陣式天線陣列，結(jié)合陣列天線切換技術(shù)、標(biāo)簽信號強(qiáng)度采集及 電子標(biāo)簽位置信息融合算法，實(shí)現(xiàn)了厘米級的定位精度。
[0005] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種高精度低頻定位裝置，包括信息處理中心、調(diào)制解調(diào)單元、天線矩陣、數(shù)據(jù)采 集單元和電子標(biāo)簽；
[0007] 其中，所述的信息處理中心作為控制中心，用于根據(jù)接收到電子標(biāo)簽的信號強(qiáng)弱 計(jì)算出該電子標(biāo)簽在天線矩陣中的坐標(biāo)信息；
[0008] 所述的調(diào)制解調(diào)單元用于驅(qū)動天線矩陣激活電子標(biāo)簽，并能放大電子標(biāo)簽反饋的 編碼信息和信號強(qiáng)度；
[0009] 所述的天線矩陣包括用于激活電子標(biāo)簽的發(fā)射天線、以及設(shè)置于發(fā)射天線內(nèi)部用 于接收電子標(biāo)簽返回?cái)?shù)據(jù)的若干接收天線；
[0010] 所述的數(shù)據(jù)采集單元的信息輸入端與調(diào)制解調(diào)單元連接，數(shù)據(jù)采集單元的信息輸 出端與信息處理中心連接，用于接收放大后的編碼信息和信號強(qiáng)度并將其發(fā)送給信息處理 中心。
[0011] 進(jìn)一步的，所述的發(fā)射天線包括載波信號源、功率放大器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)；所述的 載波信號源用于提供基準(zhǔn)載波源，其信號輸出端連接功率放大器，所述的功率放大器還與 信息處理中心連接，信息處理中心控制功率放大器的輸出功率的增益和控制發(fā)送的命令， 功率放大器的信號輸出端通過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)與天線矩陣通信連接。功率放大器的信號輸出 端通過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)與天線矩陣通信連接。
[0012] 進(jìn)一步的，所述的接收天線具有帶通濾波器，所述帶通濾波器與調(diào)制解調(diào)單元連 接，用于對接收天線接收的信號進(jìn)行選頻，并將其發(fā)送給調(diào)制解調(diào)單元。
[0013] 進(jìn)一步的，所述的調(diào)制解調(diào)單元包括信號放大器和解調(diào)信號單元；所述的信號放 大器與帶通濾波器連接，用于放大信號使其達(dá)到數(shù)據(jù)采集單元的有效輸入范圍。
[0014] 上述裝置的定位方法的具體步驟如下：
[0015] 1)信息處理中心通過調(diào)制解調(diào)單元驅(qū)動天線矩陣，天線矩陣再發(fā)射射頻功率將被 動式的低頻RFID的電子標(biāo)簽激活；
[0016] 2)電子標(biāo)簽的返回信號經(jīng)調(diào)制解調(diào)單元放大后，由數(shù)據(jù)采集單元對被放大的信號 進(jìn)行采樣，然后數(shù)據(jù)采集單元計(jì)算天線矩陣中各個接收天線拾取的電子標(biāo)簽的編碼信息和 信號強(qiáng)度，并將編碼信息和信號強(qiáng)度發(fā)送給信息處理中心；
[0017] 3)信息處理中心根據(jù)接收到的編碼信息和信號強(qiáng)度計(jì)算出該電子標(biāo)簽在天線矩 陣中的坐標(biāo)信息。
[0018] 上述方法的具體算法如下：
[0019] 首先，對整個天線矩陣建立歸一化的坐標(biāo)系，X軸為橫坐標(biāo)，y軸為縱坐標(biāo)，左下 角為坐標(biāo)系原點(diǎn)，天線矩陣的按照如下4X4矩陣進(jìn)行布局；

【權(quán)利要求】
1. 一種高精度低頻定位裝置，其特征在于：包括信息處理中心、調(diào)制解調(diào)單元、天線矩 陣、數(shù)據(jù)采集單元和電子標(biāo)簽； 其中，所述的信息處理中心作為控制中心，用于根據(jù)接收到電子標(biāo)簽的信號強(qiáng)弱計(jì)算 出該電子標(biāo)簽在天線矩陣中的坐標(biāo)信息； 所述的調(diào)制解調(diào)單元用于驅(qū)動天線矩陣激活電子標(biāo)簽，并能放大電子標(biāo)簽反饋的編碼 信息和信號強(qiáng)度； 所述的天線矩陣包括用于激活電子標(biāo)簽的發(fā)射天線、以及設(shè)置于發(fā)射天線內(nèi)部用于接 收電子標(biāo)簽返回?cái)?shù)據(jù)的若干接收天線； 所述的數(shù)據(jù)采集單元的信息輸入端與調(diào)制解調(diào)單元連接，數(shù)據(jù)采集單元的信息輸出 端與信息處理中心連接，用于接收放大后的編碼信息和信號強(qiáng)度并將其發(fā)送給信息處理中 心。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度低頻定位裝置，其特征在于：所述的發(fā)射天線包括載 波信號源、功率放大器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)；所述的載波信號源用于提供基準(zhǔn)載波源，其信號輸 出端連接功率放大器，所述的功率放大器還與信息處理中心連接，信息處理中心控制功率 放大器的輸出功率的增益和控制發(fā)送的命令，功率放大器的信號輸出端通過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò) 與天線矩陣通信連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度低頻定位裝置，其特征在于：所述的接收天線具有帶 通濾波器，所述帶通濾波器與調(diào)制解調(diào)單元連接，用于對接收天線接收的信號進(jìn)行選頻，并 將其發(fā)送給調(diào)制解調(diào)單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度低頻定位裝置，其特征在于：所述的調(diào)制解調(diào)單元包 括信號放大器和解調(diào)信號單元；所述的信號放大器與帶通濾波器連接，用于放大信號使其 達(dá)到數(shù)據(jù)采集單元的有效輸入范圍。
5. -種如權(quán)利要求1所述的高精度低頻定位裝置的定位方法，其特征在于：包括如下 步驟： 1) 信息處理中心通過調(diào)制解調(diào)單元驅(qū)動天線矩陣，天線矩陣再發(fā)射射頻功率將被動式 的低頻RFID的電子標(biāo)簽激活； 2) 電子標(biāo)簽的返回信號經(jīng)調(diào)制解調(diào)單元放大后，由數(shù)據(jù)采集單元對被放大的信號進(jìn)行 采樣，然后數(shù)據(jù)采集單元計(jì)算天線矩陣中各個接收天線拾取的電子標(biāo)簽的編碼信息和信號 強(qiáng)度，并將編碼信息和信號強(qiáng)度發(fā)送給信息處理中心； 3) 信息處理中心根據(jù)接收到的編碼信息和信號強(qiáng)度計(jì)算出該電子標(biāo)簽在天線矩陣中 的坐標(biāo)信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度低頻定位裝置的定位方法，其特征在于：所述步驟3) 中的坐標(biāo)信息具體計(jì)算過程如下： 首先，對整個天線矩陣建立歸一化的坐標(biāo)系，X軸為橫坐標(biāo)，y軸為縱坐標(biāo)，左下角為坐 標(biāo)系原點(diǎn)，天線矩陣的按照如下4X4矩陣進(jìn)行布局；
采用歸一化的X坐標(biāo)和y坐標(biāo)表示電子標(biāo)簽在整個天線矩陣中的位置信息，并建立復(fù) 雜的電子標(biāo)簽位置信息融合算法； 第一步，定義X坐標(biāo)和y坐標(biāo)的計(jì)算系數(shù)矩陣，A矩陣是X坐標(biāo)的計(jì)算系數(shù)矩陣，B矩陣 是y坐標(biāo)的計(jì)算系數(shù)矩陣；A矩陣和B矩陣中的系數(shù)需要根據(jù)天線形狀和參數(shù)進(jìn)行校正；
第二步，將各個天線采集的電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，建立起S矩陣；
第三步，對S矩陣的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化變換，變換后的數(shù)據(jù)可以直接參與計(jì)算，根據(jù) 變換后的數(shù)據(jù)可以建立起Sk矩陣；
第四步，采用A矩陣和B矩陣，根據(jù)下述兩個計(jì)算公式可以分別計(jì)算出x坐標(biāo) (xl, x2, x3, x4)和y坐標(biāo)（yl, y2, y3, y4) ;x坐標(biāo)和y坐標(biāo)的計(jì)算方法基本一致，采用不同 的矩陣系數(shù)；
第五步，采用下述兩個計(jì)算公式，可以分別計(jì)算出X坐標(biāo)和y坐標(biāo)；式中 xn, x12, x13, x14, yn, y12, y13, y14分別是計(jì)算系數(shù)，η為計(jì)算指數(shù)； χ = [χη X xl Λη+χ12 X χ2 Λ η+χ13Χ χ3 Λη+χ14Χ χ4 Λ η] y = [ynXyl An+yi2><y2An+y13Xy3An+y 14Xy4An] 第六步，根據(jù)上述公式計(jì)算出的X坐標(biāo)和y坐標(biāo)，進(jìn)行反歸一化操作，即可以計(jì)算出實(shí) 際坐標(biāo)信息。
【文檔編號】G01S5/06GK104111444SQ201410321651
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】皺立明, 孫傳奇, 錢文武 申請人:上海普閱信息科技有限公司