[发明专利]基于天线阵列相位差测向射频识别的无线定位方法及系统

权利要求书

1.一种基于天线阵列相位差测向射频识别的无线定位方法，RFID阅读器使用所配置天线阵列的发射天线单元向待识别定位的RFID标签发射射频电磁波，RFID标签的天线接收电磁波以从中获取工作所需的电源能量或通过配备电池作为工作电源，RFID标签同时使用所存储的射频识别数据编码信息调制其天线的端接阻抗匹配状态以反射电磁波信号进行电磁波的后向散射，RFID阅读器使用所配置天线阵列的各个接收天线单元接收并解调RFID标签后向散射的电磁波所携带的射频识别数据及电磁波相位参数信息，并对各个接收天线单元的相位差数据进行测量计算以获得RFID标签方位角的测向信息，再进行多RFID阅读器交叉测向定位或单RFID阅读器测向测距定位，天线阵列的各个天线单元之间具有特定的相对位置和距离关系，各个天线单元所接收的后向散射电磁波信号之间的相位差和RFID标签相对于RFID阅读器天线阵列的方位角之间具有特定的对应关系，一个天线阵列至少具有两个接收天线单元和一个接收发射天线单元，三个天线单元成直角排列，接收发射天线单元位于直角顶点并设置为直角坐标系原点，两个接收天线单元分别处于X轴与Y轴上，与接收发射天线单元的距离均为d，天线单元为半空间波束天线，其波束指向与Z轴方向一致。

2.根据权利要求1所述的基于天线阵列相位差测向射频识别的无线定位方法，其特征在于：将RFID标签相对于RFID阅读器天线阵列的方位角定义为由天线阵列直角顶点至标签连线与X、Y、Z坐标轴正向之间的夹角组成，即(α，β，γ)，方位角分量α、β的取值范围为≥0且≤π，方位角分量γ的取值范围为≥0且≤π/2，RFID标签的直角坐标形式位置用(x，y，z)表示，电磁波信号的波长为λ，则通过测量各个天线单元所接收电磁波信号之间的相位差对标签进行无线定位的方法包括下列步骤：

(1)将位于X轴的接收天线单元与位于原点的接收发射天线单元所接收电磁波信号之间的相位差表示为P_X，则使用RFID阅读器对P_X的测量值和如下公式计算获得RFID标签的方位角α分量为：

α=arccos(λPX2πd);]]>

(2)将位于Y轴的接收天线单元与位于原点的接收发射天线单元所接收电磁波信号之间的相位差表示为P_Y，则使用RFID阅读器对P_Y的测量值和如下公式计算获得RFID标签的方位角β分量为：

β=arccos(λPY2πd);]]>

(3)基于天线单元具有半空间特性，则根据方位角α和β分量的测量结果在直角坐标系空间中使用如下公式唯一地确定方位角γ分量为：

γ=arccos1-cos2α-cos2β;]]>

(4)针对双阅读器交叉测向定位模式，将一个阅读器的天线阵列设置于原点，将另一个阅读器的天线阵列设置于X轴上，两个天线阵列相互平行且距离为D，两个天线阵列的波束方向相同，根据上述步骤分别测量计算RFID标签相对于两个阅读器的方位角并且表示为(α，β，γ)、(α'，β'，γ')，则得到标签直角坐标形式的定位结果(x，y，z)为：

x=λPXDsinα′2πdsin(α′-α),]]> 1

y=λPYDsinα′2πdsin(α′-α),]]>

z=(2πd)2-(λPX)2-(λPY)2Dsinα′2πdsin(α′-α),]]>

即通过双阅读器交叉测向实现了对RFID标签的无线定位；

(5)针对单阅读器测向测距定位模式，对于天线阵列位于原点的RFID阅读器，根据上述步骤测量计算得到RFID标签的方位角(α，β，γ)，阅读器再使用内部集成的RFID测距功能以获得标签到天线阵列接收发射天线单元的距离R，则得到标签直角坐标形式的定位结果(x，y，z)为：

x=λPXR2πd,]]>

y=λPYR2πd,]]>

z=(2πd)2-(λPX)2-(λPY)2R2πd,]]>

即通过单阅读器测向测距实现了对RFID标签的无线定位。