本發(fā)明涉及射頻技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于射頻技術(shù)的定位系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

射頻識別(Radio Frequcncy Identification，RFID)是一項非接觸式自動識別技術(shù)，具有能耗低、適應(yīng)性強、操作快捷等許多優(yōu)點。近年來，研究的重點轉(zhuǎn)向了超高頻段 (UHF，860～960 MHz)，已經(jīng)有科研人員將提取射頻信號到達(dá)入射角或相位差作為RFID定位研究的新方向。低信噪比實測環(huán)境中提取相位差信息的可行性，但是沒有提取出位置信息;現(xiàn)有技術(shù)中采取機器學(xué)習(xí)訓(xùn)練機制對多天線相位差信息進(jìn)行參數(shù)提取，但是僅限用于活動范圍較小的醫(yī)療跟蹤。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于射頻技術(shù)的定位系統(tǒng)及方法，本發(fā)明具有有效性高、穩(wěn)定性好和精度高等優(yōu)點。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于射頻技術(shù)的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：定向耦合器、相位提取預(yù)處理電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、射頻接收端、射頻發(fā)射端、振蕩器和FPGA；所述振蕩器信號連接于射頻發(fā)射端；所述射頻發(fā)射端分別信號連接于射頻接收端；所述定向耦合器分別信號連接于射頻接收端、相位提取預(yù)處理電路；所述相位提取預(yù)處理電路信號連接于數(shù)模轉(zhuǎn)換器；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器信號連接于FPGA；所述射頻接收端信號連接于FPGA；所述射頻發(fā)射端信號連接于FPGA。

所述FPA用于對系統(tǒng)進(jìn)行編譯、校驗、邏輯控制和進(jìn)行離散頻譜校正運算以及定位運算；它包括：控制處理器、數(shù)據(jù)傳輸單元和存儲器；所述控制處理器分別信號連接于數(shù)據(jù)傳輸單元和存儲器。

所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括：帶通采樣模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；所述帶通采樣模塊信號連接與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。

所述控制處理器包括：編譯碼模塊、校驗?zāi)K和邏輯控制模塊；所述變異嗎模塊，用于信號進(jìn)行編譯碼處理；所述校驗?zāi)K，用于對信號進(jìn)行校驗處理；所述邏輯控制模塊，用于對信號進(jìn)行邏輯控制處理。

所述系統(tǒng)包括電源模塊；所述電源模塊分別信號連接于系統(tǒng)中各個模塊，它包括：主電源、副電源和電源切換裝置；所述主電源和副電源，用于給系統(tǒng)中各個子模塊提供電源支持；所述電源切換裝置分別信號連接于主電源和副電源，用于在主電源電量不足或失效的情況下切換到副電源為系統(tǒng)供電。

一種基于射頻技術(shù)的定位系統(tǒng)的方法，其特征在于，定位方法包括以下步驟：

步驟1：系統(tǒng)和標(biāo)簽進(jìn)行通信，提取標(biāo)簽的EPC信息；

步驟2：系統(tǒng)對接收和發(fā)送的副載波信號進(jìn)行處理，提取接收和發(fā)送的副載波信號的相位用于測距和定位；

步驟3：通過修改標(biāo)簽反向散射信息過程中閱讀器發(fā)送的單頻CW信號的形式，即將一個低頻的副載波信號以AM調(diào)制的方式調(diào)制到CW信號上；

步驟4：對于修改后的CW信號，將發(fā):送信號s(t)和接收信號r(t)分別進(jìn)行帶通采樣和A/D轉(zhuǎn)換后送入數(shù)字域，并采用離散頻譜校正方法估計收發(fā)信號中副載波分量的相位 QUOTE 和 QUOTE ，計算得到收發(fā)副載波信號的相位差△φ，設(shè)副載波頻率為 QUOTE ，則閱讀器與標(biāo)簽之間的距離可表示為：

QUOTE ；

步驟5：通過多個系統(tǒng)對統(tǒng)一標(biāo)簽的測距結(jié)果，進(jìn)行最小二乘法獲取標(biāo)簽的位置信息，得到最終精確的定位結(jié)果。

所述發(fā)送和接收信號副載波頻率和波長的確定方法為：發(fā)射信號載波頻率為915 MHz，其波長為 0.3279 m；設(shè)定系統(tǒng)測距范圍為0.3～20 m，在此測程內(nèi)包含了4個載波周期，存在相位模糊所；采用單頻副載波調(diào)幅的方式，即將一較低頻率的副載波與載波調(diào)制，將副載波 作為獲取相位信息的信號；根據(jù)測距范圍，所述副載波波長20 m，則副載波頻率為7.5 MHz；最終在該范圍中選擇得到副載波頻率為2 MHz，對于0.3～20 m的測量距離，副載波的相位變化范圍為1.44°～96°。

采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生了以下有益效果：

1、適用性強：本發(fā)明的定位系統(tǒng)基于相位式測距發(fā)，在帶通采樣方式下，結(jié)合離散頻譜校正相位估計，進(jìn)行了定位仿真，相比于現(xiàn)有的定位方法，具備更高的適用性，不止在活動范圍較小的情況下適用，同樣適用于活動范圍較大的情況。

2、定位準(zhǔn)確：本發(fā)明的定位系統(tǒng)對結(jié)果進(jìn)行了矯正，提升了結(jié)果的準(zhǔn)確性；同時，采用多個獨立的系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)信息對目標(biāo)標(biāo)簽進(jìn)行定位，提升了定位結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3、穩(wěn)定性好：本發(fā)明的定位系統(tǒng)穩(wěn)定性極好，選取了最為適合的頻率和波長的副載波，提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4：有效性高：本發(fā)明的定位系統(tǒng)有效性極高，各個系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)具備更高的有效性，去除了無效的數(shù)據(jù)信息。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種基于射頻技術(shù)的定位系統(tǒng)及方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有防跌倒方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書（包括任何附加權(quán)利要求、摘要）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

本發(fā)明實施例1中提供了一種基于射頻技術(shù)的定位系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

一種基于射頻技術(shù)的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：定向耦合器、相位提取預(yù)處理電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、射頻接收端、射頻發(fā)射端、振蕩器和FPGA；所述振蕩器信號連接于射頻發(fā)射端；所述射頻發(fā)射端分別信號連接于射頻接收端；所述定向耦合器分別信號連接于射頻接收端、相位提取預(yù)處理電路；所述相位提取預(yù)處理電路信號連接于數(shù)模轉(zhuǎn)換器；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器信號連接于FPGA；所述射頻接收端信號連接于FPGA；所述射頻發(fā)射端信號連接于FPGA。

所述FPA用于對系統(tǒng)進(jìn)行編譯、校驗、邏輯控制和進(jìn)行離散頻譜校正運算以及定位運算；它包括：控制處理器、數(shù)據(jù)傳輸單元和存儲器；所述控制處理器分別信號連接于數(shù)據(jù)傳輸單元和存儲器。

所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括：帶通采樣模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；所述帶通采樣模塊信號連接與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。

所述控制處理器包括：編譯碼模塊、校驗?zāi)K和邏輯控制模塊；所述變異嗎模塊，用于信號進(jìn)行編譯碼處理；所述校驗?zāi)K，用于對信號進(jìn)行校驗處理；所述邏輯控制模塊，用于對信號進(jìn)行邏輯控制處理。

所述系統(tǒng)包括電源模塊；所述電源模塊分別信號連接于系統(tǒng)中各個模塊，它包括：主電源、副電源和電源切換裝置；所述主電源和副電源，用于給系統(tǒng)中各個子模塊提供電源支持；所述電源切換裝置分別信號連接于主電源和副電源，用于在主電源電量不足或失效的情況下切換到副電源為系統(tǒng)供電。

本發(fā)明實施例2中提供了一種基于射頻技術(shù)的定位方法：

一種基于射頻技術(shù)的定位系統(tǒng)的方法，其特征在于，定位方法包括以下步驟：

步驟1：系統(tǒng)和標(biāo)簽進(jìn)行通信，提取標(biāo)簽的EPC信息；

步驟2：系統(tǒng)對接收和發(fā)送的副載波信號進(jìn)行處理，提取接收和發(fā)送的副載波信號的相位用于測距和定位；

步驟3：通過修改標(biāo)簽反向散射信息過程中閱讀器發(fā)送的單頻CW信號的形式，即將一個低頻的副載波信號以AM調(diào)制的方式調(diào)制到CW信號上；

步驟4：對于修改后的CW信號，將發(fā):送信號s(t)和接收信號r(t)分別進(jìn)行帶通采樣和A/D轉(zhuǎn)換后送入數(shù)字域，并采用離散頻譜校正方法估計收發(fā)信號中副載波分量的相位 QUOTE 和 QUOTE ，計算得到收發(fā)副載波信號的相位差△φ，設(shè)副載波頻率為 QUOTE ，則閱讀器與標(biāo)簽之間的距離可表示為：

QUOTE ；

步驟5：通過多個系統(tǒng)對統(tǒng)一標(biāo)簽的測距結(jié)果，進(jìn)行最小二乘法獲取標(biāo)簽的位置信息，得到最終精確的定位結(jié)果。

所述發(fā)送和接收信號副載波頻率和波長的確定方法為：發(fā)射信號載波頻率為915 MHz，其波長為 0.3279 m；設(shè)定系統(tǒng)測距范圍為0.3～20 m，在此測程內(nèi)包含了4個載波周期，存在相位模糊所；采用單頻副載波調(diào)幅的方式，即將一較低頻率的副載波與載波調(diào)制，將副載波 作為獲取相位信息的信號；根據(jù)測距范圍，所述副載波波長20 m，則副載波頻率為7.5 MHz；最終在該范圍中選擇得到副載波頻率為2 MHz，對于0.3～20 m的測量距離，副載波的相位變化范圍為1.44°～96°。

本發(fā)明實施例3中提供了一種基于射頻技術(shù)的定位系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

一種基于射頻技術(shù)的定位系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：定向耦合器、相位提取預(yù)處理電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、射頻接收端、射頻發(fā)射端、振蕩器和FPGA；所述振蕩器信號連接于射頻發(fā)射端；所述射頻發(fā)射端分別信號連接于射頻接收端；所述定向耦合器分別信號連接于射頻接收端、相位提取預(yù)處理電路；所述相位提取預(yù)處理電路信號連接于數(shù)模轉(zhuǎn)換器；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器信號連接于FPGA；所述射頻接收端信號連接于FPGA；所述射頻發(fā)射端信號連接于FPGA。

所述FPA用于對系統(tǒng)進(jìn)行編譯、校驗、邏輯控制和進(jìn)行離散頻譜校正運算以及定位運算；它包括：控制處理器、數(shù)據(jù)傳輸單元和存儲器；所述控制處理器分別信號連接于數(shù)據(jù)傳輸單元和存儲器。

所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器包括：帶通采樣模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；所述帶通采樣模塊信號連接與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。

所述控制處理器包括：編譯碼模塊、校驗?zāi)K和邏輯控制模塊；所述變異嗎模塊，用于信號進(jìn)行編譯碼處理；所述校驗?zāi)K，用于對信號進(jìn)行校驗處理；所述邏輯控制模塊，用于對信號進(jìn)行邏輯控制處理。

所述系統(tǒng)包括電源模塊；所述電源模塊分別信號連接于系統(tǒng)中各個模塊，它包括：主電源、副電源和電源切換裝置；所述主電源和副電源，用于給系統(tǒng)中各個子模塊提供電源支持；所述電源切換裝置分別信號連接于主電源和副電源，用于在主電源電量不足或失效的情況下切換到副電源為系統(tǒng)供電。

一種基于射頻技術(shù)的定位系統(tǒng)的方法，其特征在于，定位方法包括以下步驟：

步驟1：系統(tǒng)和標(biāo)簽進(jìn)行通信，提取標(biāo)簽的EPC信息；

步驟2：系統(tǒng)對接收和發(fā)送的副載波信號進(jìn)行處理，提取接收和發(fā)送的副載波信號的相位用于測距和定位；

步驟3：通過修改標(biāo)簽反向散射信息過程中閱讀器發(fā)送的單頻CW信號的形式，即將一個低頻的副載波信號以AM調(diào)制的方式調(diào)制到CW信號上；

步驟4：對于修改后的CW信號，將發(fā):送信號s(t)和接收信號r(t)分別進(jìn)行帶通采樣和A/D轉(zhuǎn)換后送入數(shù)字域，并采用離散頻譜校正方法估計收發(fā)信號中副載波分量的相位 QUOTE 和 QUOTE ，計算得到收發(fā)副載波信號的相位差△φ，設(shè)副載波頻率為 QUOTE ，則閱讀器與標(biāo)簽之間的距離可表示為：

QUOTE ；

步驟5：通過多個系統(tǒng)對統(tǒng)一標(biāo)簽的測距結(jié)果，進(jìn)行最小二乘法獲取標(biāo)簽的位置信息，得到最終精確的定位結(jié)果。

所述發(fā)送和接收信號副載波頻率和波長的確定方法為：發(fā)射信號載波頻率為915 MHz，其波長為 0.3279 m；設(shè)定系統(tǒng)測距范圍為0.3～20 m，在此測程內(nèi)包含了4個載波周期，存在相位模糊所；采用單頻副載波調(diào)幅的方式，即將一較低頻率的副載波與載波調(diào)制，將副載波 作為獲取相位信息的信號；根據(jù)測距范圍，所述副載波波長20 m，則副載波頻率為7.5 MHz；最終在該范圍中選擇得到副載波頻率為2 MHz，對于0.3～20 m的測量距離，副載波的相位變化范圍為1.44°～96°。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的防跌倒方法或過程的步驟或任何新的組合。