本發(fā)明涉及射頻標簽系統(tǒng)領域和無線定位領域，更具體涉及一種基于標簽反向定位的RFID閱讀器天線定位方法。

背景技術：

射頻識別技術(Radio Frequency Identification,RFID)是利用射頻信號，通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息實現(xiàn)識別和數(shù)據(jù)交換功能的自動識別系統(tǒng)，其工作原理是：標簽進入磁場后，如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號，就能憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(即Passive Tag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(即Active Tag，有源標簽或主動標簽),閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。

射頻識別技術比較于其它技術，其最明顯的優(yōu)點是電子標簽和閱讀器無需接觸便可完成識別。它的出現(xiàn)改變了條形碼依靠“有形”的一維或二維幾何圖案來提供信息的方式，通過芯片來提供存儲在其中的數(shù)量巨大的“無形”信息。它所具有的強大優(yōu)勢會極大地提高信息的處理效率和準確度。射頻識別技術應用范圍廣，遍及制造、物流、醫(yī)療、運輸、零售、國防等。目前用途最普遍為圖書館書籍管理以及大型超市商品管理(如沃爾瑪?shù)?。

在現(xiàn)有的通過射頻識別技術進行標簽定位的方法中，設計者默認設定閱讀器天線的位置是已知且固定的。然而，這樣的假設在實際應用中并不合理。這是因為在實際應用中，部署閱讀器和天線的人員大部分是缺乏專業(yè)知識的工人，他們無法幫助系統(tǒng)設計者去配置系統(tǒng)中 天線的位置或者根據(jù)系統(tǒng)的精確要求部署天線。另外，盡管大部分情況下天線在部署之后會保持靜止，但是仍然會出現(xiàn)由于搭載物(書架、貨架等)的重新布置甚至是輕微移動而導致天線的位置變化，這使得天線位置的自動更新成為必要。

技術實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術問題

本發(fā)明要解決的技術問題是如何根據(jù)實際情況自動更新天線位置。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于標簽反向定位的RFID閱讀器天線定位方法，所述方法包括以下步驟：

S1、設置天線和多個標簽，所述天線包括一參考天線和多個待定位天線；

S2、獲取多個標簽分別于所述參考天線以及多個待定位天線之間直線位置發(fā)生變化的時間點；

S3、計算所述參考天線與與其相鄰的所述待定位天線之間的距離以及兩個所述待定位天線之間的距離；

S4、根據(jù)步驟S3計算得到的距離標定各個所述待定位天線位置；

S5、根據(jù)待定位天線與所述參考天線的距離，計算對應的所述待定位天線的誤差彌補值；

S6、將各個所述待定位天線與所述參考天線的距離與對應的所述誤差彌補值相加，得到各個所述待定位天線的當前位置。

優(yōu)選地，所述步驟S3中，按照下面公式計算所述參考天線與與其相鄰的所述待定位天線之間的距離以及兩個所述待定位天線之間的距離：

$\left|R_{{\mathrm{ANT}}_i,{\mathrm{ANT}}_j,{\mathrm{TAG}}_k}\right|=\frac{\left|I_{H_{{\mathrm{ANT}}_i,{\mathrm{TAG}}_k},H_{{\mathrm{ANT}}_j,{\mathrm{TAG}}_k}}\right|}{\mathrm{\γ}}$

其中，γ∈(0,1)是信號特征參數(shù)；表示用第k個標簽 TAG_k計算出來的第i個天線ANT_i到第j個天線ANT_j的距離；表示第k個標簽TAG_k與第i個天線ANT_i之間直線位置發(fā)生變化的時間點；表示第k個標簽TAG_k與第j個天線ANT_j之間直線位置發(fā)生變化的時間點；表示人或物體從時間點到行走的距離。

優(yōu)選地，所述步驟S6中，按照下面公式計算所述誤差彌補值：

$e_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^N{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{K_{i,j}}(R_{i,j,k}-d_{i,j})}{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^N{K}_{i,j}}$

其中，e_i為第i個所述天線ANT_i對應的所述誤差彌補值；d_i,j＝p_i-p_j為第i個所述天線ANT_i與第j個所述天線ANT_j的距離矢量；K_i，j為對于為第i個所述天線ANT_i與第j個所述天線ANT_j的距離的測量次數(shù)；R_i,j,k為所述K_i,j次測量中第k次測量的距離值，N為除去第i個所述天線ANTi后的所有的天線的總個數(shù)。

(三)有益效果

本發(fā)明提供了一種基于標簽反向定位的RFID閱讀器天線定位方法，本發(fā)明基于標簽反向定位，實現(xiàn)實時的天線位置更新，并且在部署時無需在進行額外的位置測量即可確定天線位置圖，為后續(xù)標簽精確定位功能提供基礎和保證。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的一種基于標簽反向定位的RFID閱讀器天線定位方 法流程圖；

圖2為利用本發(fā)明的方法進行天線位置更新的操作示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。

一種基于標簽反向定位的RFID閱讀器天線定位方法，如圖1所述，所述方法包括以下步驟：

S1、設置天線和多個標簽，所述天線包括一參考天線和多個待定位天線；

S2、獲取多個標簽分別于所述參考天線以及多個待定位天線之間直線位置發(fā)生變化的時間點；

S3、計算所述參考天線與與其相鄰的所述待定位天線之間的距離以及兩個所述待定位天線之間的距離；

S4、根據(jù)步驟S3計算得到的距離標定各個所述待定位天線位置；

S5、根據(jù)待定位天線與所述參考天線的距離，計算對應的所述待定位天線的誤差彌補值；

S6、將各個所述待定位天線與所述參考天線的距離與對應的所述誤差彌補值相加，得到各個所述待定位天線的當前位置。

所述步驟S3中，按照下面公式計算所述參考天線與與其相鄰的所述待定位天線之間的距離以及兩個所述待定位天線之間的距離：

$\left|R_{{\mathrm{ANT}}_i,{\mathrm{ANT}}_j,{\mathrm{TAG}}_k}\right|=\frac{\left|I_{H_{{\mathrm{ANT}}_i,{\mathrm{TAG}}_k},H_{{\mathrm{ANT}}_j,{\mathrm{TAG}}_k}}\right|}{\mathrm{\γ}}$

其中，γ∈(0,1)是信號特征參數(shù)；表示用第k個標簽TAG_k計算出來的第i個天線ANT_i到第j個天線ANT_j的距離；表示第k個標簽TAG_k與第i個天線ANT_i之間直線位置發(fā)生變化的時間點；表示第k個標簽TAG_k與第j個天線ANT_j之間直線位置 發(fā)生變化的時間點；表示人或物體從時間點到行走的距離。

所述步驟S6中，按照下面公式計算所述誤差彌補值：

$e_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^N{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{K_{i,j}}(R_{i,j,k}-d_{i,j})}{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^N{K}_{i,j}}$

其中，e_i為第i個所述天線ANT_i對應的所述誤差彌補值；d_i,j＝p_i-p_j為第i個所述天線ANT_i與第j個所述天線ANT_j的距離矢量；K_i，j為對于為第i個所述天線ANT_i與第j個所述天線ANT_j的距離的測量次數(shù)；R_i,j,k為所述K_i,j次測量中第k次測量的距離值。

該方法基于使用無線射頻標簽進行定位的一個特點進行設計。在無線射頻標簽定位技術中，天線的位置往往不需要確切知曉，而僅僅需要知道天線之間的相對位置即可。更進一步的，當需要確切知曉所有天線確切位置時，部署、配置某一個特定天線(如固定在墻壁上的天線)會比確定所有天線的位置更簡單。因此，本方法通過不同天線接收到的標簽的位置信息，反向確定天線之間的相互位置關系，從而獲取全局的天線相對位置配置圖。

本發(fā)明的方法具體原理如下：當天線對附著于物體上的標簽進行識別時，天線可以獲取該標簽傳輸回來的射頻信號的一些屬性，如信號強度、多普勒頻移等。通過這些射頻信號屬性，天線可以確定與標簽之間的位置關系(距離、方向等)。根據(jù)多個天線與多個標簽之間兩兩位置關系，計算出天線之間兩兩的位置關系，從而計算出所有天線的相對位置圖。

本發(fā)明與以往在部署時直接測量天線位置的方法的區(qū)別在于，部署時測量的方法需要專業(yè)人員在硬件部署后進行測量和配置，而在天線位置發(fā)生移動時無法及時知曉天線位置的移動，影響后續(xù)標簽定位工作的精確度，更新天線位置還需要再次進行人工測量和配置，工作 量大。

本發(fā)明中以標簽傳輸回來的射頻信號產(chǎn)生的多普勒頻移為例進行描述。當人或物體從天線和標簽之間經(jīng)過時，天線接收到的標簽信號產(chǎn)生多普勒頻移，從而可以獲知標簽、人和天線處于同一直接。該位置關系將被用于后續(xù)的天線位置定位。

假設有N個閱讀器天線順次部署在通道一側(cè)，同時有M個射頻識別標簽放置在通道另一側(cè)(如貨架兩側(cè)，一側(cè)放置一排天線，一側(cè)貨架上放置貼附射頻標簽的貨物)。M個標簽分別標記為TAG₀，TAG₁，…，TAG_M-1。類似的，天線分別被標記為ANT₀，ANT₁，…，ANT_N-1。特別的，天線ANT₀被被固定在過道的最開端(如貨架的一頭)用作參考天線。當一個人在過道中走動時，天線接收到的標簽信號由于其經(jīng)過標簽TAG_i和天線ANT_i的直線位置發(fā)生變化，該變化點的時間記錄為H_ANTi；TAGj。因此，當人在通道中走動時，后臺服務器會獲取一系列的這種時間節(jié)點{H_{ANTi；TAGj}|i＝0,1,…,N-1；j＝0,1,…,M-1}。我們用I_t1,t2表示用慣導方式測量出來的人從時間節(jié)點t1到t2行走的距離，以及用R_{ANTi,ANTj,TAGk}表示用標簽TAG_k計算出來的ANT_i到ANT_j的距離，根據(jù)下面公式進行計算：

$\left|R_{{\mathrm{ANT}}_i,{\mathrm{ANT}}_j,{\mathrm{TAG}}_k}\right|=\frac{\left|I_{H_{{\mathrm{ANT}}_i,{\mathrm{TAG}}_k},H_{{\mathrm{ANT}}_j,{\mathrm{TAG}}_k}}\right|}{\mathrm{\γ}}$

其中γ∈(0,1)是一個跟實驗相關的參數(shù)，取決于使用的信號特征。使用上述公式，我們可以計算出所有天線兩兩之間關于某個特定標簽計算出來的距離。

當人在過道中走動時，通過上述公式可以計算出多對天線的相對距離。當參與計算距離的天線集覆蓋了所有待定位的天線時，就開始進行天線位置圖的繪制。

初始化時，假設所有天線的位置都在天線ANT₀處重疊。由于ANT₀固定在通道一端，先通過所有獲得的從ANT₀開始或者結(jié)束的天線對距 離，將相鄰的天線根據(jù)距離更新在天線位置圖上的位置；然后，利用這些已經(jīng)更新位置的天線及其與相鄰天線之間的距離迭代的標記余下的未更新位置的天線知道所有天線的距離都被更新，至此獲得最新的閱讀器天線位置圖。

由于基于慣導方式獲得的天線對距離存在誤差，僅憑一次的位置更新無法獲得精確的天線位置圖。為了獲得精確的天線位置圖，利用最小組合約束，通過人多次通過通道獲得的數(shù)據(jù)進行位置精確定位。

最小組合約束方法描述如下：假設p_i是天線ANT_i當前估計的位置(在本描述中為ANT_i到參考天線ANT₀的距離)。同時d_i,j＝p_i-p_j為天線ANT_i與其相鄰天線ANT_j的距離矢量。假設最近的K_i,j次測量被用來進行估算，而R_i,j,k為這K_i,j次測量中第k次測量。則天線ANT_i當前位置的位置誤差彌補e_i為：

$e_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^N{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{K_{i,j}}(R_{i,j,k}-d_{i,j})}{{\mathrm{\Σ}}_{j=0}^N{K}_{i,j}}$

根據(jù)這個誤差彌補，可以將天線ANTi的位置更新為：

p_i＝p_i+e_i

每次人通過過道時候均可以進行一次天線位置圖的更新。圖2顯示當人從過道中通過時，天線位置圖的更新情況，可以看出，當人從過道中經(jīng)過10次時，誤差已經(jīng)非常小，位置圖趨向于真值。

以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。