[发明专利]一种基于有源RFID标签的双天线阅读器定位技术

权利要求书

1.一种基于有源RFID标签的双天线阅读器定位系统，其特征在于，包括布置于室内天花板上的已知位置且各自独立发送单高频信号有源射频标签，具有双天线用于接收该有源射频标签信号及读写无源标签的地面可移动阅读器；

所述在室内天花板上布置的有源射频标签作为参考标签数量为N，且第i个有源射频标签位置为(x_i,y_i,z_i)，每个有源射频标签各自独立且发送频率为f_i＝f₀+(i-1)Δf的射频信号s_i(t),s_i(t)＝A_icos(2πf_it+θ_i0)  (1)

式(1)中振幅为A_i，时间为t，初始相位为θ_i0，f₀为一射频频率，Δf为不同有源标签的频率间隔，i＝1，2，...，N；

所述地面可移动阅读器上配置两根天线，两个天线在地面可移动阅读器平台上具有相同的离地高度z_pq，其中第1根天线坐标为：(x_p,y_p,z_pq)，第2根天线坐标为：(x_q,y_q,z_pq)，且相距D_pq小于有源射频标签发送信号中最小的波长，

式(2)中λ_i是有源射频标签i的发射信号波长，D_pq已知且要小于所有有源射频标签发送信号的波长；

所述地面可移动阅读器天线j接收到的第i个有源射频标签信号为：

式(3)中，α_ij表示有源射频标签i到地面可移动阅读器天线j＝1、2传输过程中的振幅衰减，表示有源射频标签i到天线j＝1、2传输过程中的相位延迟，n_ij(t)表示接收噪声；

所述地面可移动阅读器2根天线的坐标的计算方法，其特征在于，通过求解方程组来有效获取地面可移动阅读器的2根天线的位置坐标，具体方法步骤为：

第一步，利用地面可移动阅读器双天线接收位于(x_i,y_i,z_i)的第i个有源射频标签的信号，获得相位差所以有源射频标签i到地面可移动阅读器天线1、2之间的距离差d_i在忽略噪声的情况下为：

式(4)中λ_i是有源射频标签i的发射信号波长，r_i1，r_i2是第i个有源射频标签到地面可移动阅读器天线1、2的距离：

式(5)、(6)中(x_p,y_p,z_pq)和(x_q,y_q,z_pq)分别为地面可移动阅读器双天线中1、2的坐标，其中两天线放在同一平台，高度相同，即z坐标相同为z_pq；

第二步，利用遗传算法解算地面可移动阅读器双天线中1的坐标(x_p,y_p,z_pq)和2的坐标(x_q,y_q,z_pq)，优化的代价函数为：

其中遗传算法通过迭代取代价函数式(7)最小时变量(x_p,y_p,z_pq,x_q,y_q)的值作为地面可移动阅读器天线坐标，当有源射频标签数N≥4时可解出双天线坐标；

所述有源射频标签的位置布设方法，其特征在于，通过定义几何精度因子(Geometricdilution of precision，GDOP)来优化标签布设，具体布设坐标计算步骤为：

第一步，定义几何精度因子(Geometric dilution of precision，GDOP)：

其中，cov(·)表示取协方差，

cov(Δh)＝(A^TA)^-1A^Tcov(Δd)A(A^TA)^-1  (9)

Δh＝(A^TA)^-1A^TΔd  (10)

Δd＝AΔh  (11)

A＝A₁+A₂  (12)

Δh＝Δh₁≈(-Δh₂)  (13)

以N＝4个有源标签为例，其中，

其中式(14)Δd中元素：

式(8)中Δk＝[Δk₁Δk₂…Δk_N]^T，T表示转置，Δk_i表示测量误差的最小值：

式(18)中f_i是无源射频标签发射频率，i＝1，2，...，N，F_s是采样频率，n是用于延迟估计的采样数据点数，c为光速，SNR_i要根据路径实时更新:

式(19)中snr为有源射频标签i所发信号在距有源射频标签1m处的信噪比，r_i1是第i个有源标签到地面可移动阅读器第一个天线间的距离；

第二步，通过遗传算法优化对式(20)计算以获得第i个有源射频标签最佳布设位置(x_gi，y_gi，z_gi)，i＝1，2，...，N：