[发明专利]一种基于时间差测量的天线切换式射频定位方法

说明书

技术领域

本发明属于RFID技术领域，特别涉及一种基于时间间隔测量技术的射频定位方法。

背景技术

射频识别技术（Radio Frequency Identification,RFID）采用电磁波或磁场耦合的方式进行数据的传输，因此其最重要的特征就是非接触式识别。与其他接触式自动识别技术相比，射频识别技术具有很多优点，比如识别距离远、读取速率高、存储空间大、外形多样、可重复使用等等。

典型的射频识别系统主要由主机、读写器和射频标签三部分构成。主机通过数字接口实现对读写器的控制和数据的交换处理，为用户提供有效的信息。读写器是访问标签数据的设备，主要由天线、射频模块和基频模块构成。射频标签则由标签芯片和天线构成，被识别物体的信息存储在标签芯片中。当然，由于应用的要求不尽相同，射频识别系统的结构也是多样的。

本发明将射频识别技术用于无线定位系统。无线定位技术是通过特定的算法对接收到的电磁波的某些参数进行处理，以此来推断待测对象的位置。目前，在无线网络环境下进行定位服务的定位模式有信号强度法、收信角度法、收信时间、收信时间差等4种。

其中信号强度法(Received Signal Strength，RSS)定位技术有两种方法：信号传播模型定位和经验定位。其中信号传播模型定位方法必须结合具体的实际应用环境构建信号传播损失模型，只有这样，才能通过信号强度的衰减来判断待测物体与读写器之间的距离。由于无线电在室内传播会呈现出多重路径干扰衰减以及屏蔽效应，这些因素会造成接收信号强度与自由真空中传播结果的很大差异，从而使预估的传播距离产生误差，这样的话，待测物体的预估位置就不会与前面的计算交于一点，而会落在一个预估区域内；经验定位是在读写器工作的区域内取一些关键的位置作为目标标签的参考位置点，并事先将参考点的位置信息和信号强度信息存储在后台系统，这样将目标标签的返回信号强度信息与存储信息比对，就可以确定目标标签位置，该方法所需时间成本高，前期需要较长的经验积累，后期需要搜索数据库，定位精度很大程度上取决于静态参考点的位置和数目。

收信角度法(Angle of Arrival，AOA)定位技术的工作原理是利用具有方向性的天线或天线阵列来判断主动式标签信号可能的来源方向。该方法定位精度较高，但是由于需要昂贵的接收天线阵列，因此系统部署成本较高。在室内阻挡物较多和非视距影响的情况下，方向测量误差较大。

收信时间(Time of Arrival，TOA)定位技术采用几何原理，这与信号强度法的几何原理是相同的，唯一不同点是决定圆的半径的参数不是信号强度，而是信号的传播时间。将信号传播时间乘以传播速度，就可以得到主动式标签到读取器之间的距离。TOA对于时间的敏感度很高，必须十分准确地测量信号实际的传播时间。

收信时间差(Time Difference of Arrival，TDOA)定位技术通过测量信号从两个基站传播到使用者的时间差以双曲线定位的原理来进行定位。该方法测量出信号到达两个基站的时间差，每两个基站得到一个测量值，从而形成一个双曲线定位区。这样，三个基站就会得到两个双曲线定位区，通过求解它们的交界点就可以得到使用者的确切位置。TDOA是对TOA的改进，它要求所有参与工作的读写器在时间上要有严格的同步，否则无法完成对目标的跟踪定位。

本发明采用读写器而非标签作为定位的主动方，将读写器端的天线组中的天线分散排布在空间中，保证在测量范围内无论标签在什么位置都能被至少四个天线的场区所覆盖。主机中内设时间间隔测量模块，用来测量从系统的各个天线发送信号到接收到标签返回信号的时间差，然后将数据发往主机其它单元，将两两时间差比较，得到相对时间差，换算成距离差之后通过双曲面定位算法确定标签的位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本同时也具有一定精确性的定位方法。本发明通过测量读写器天线组中的每个定位天线从发出信号到接收到来自同一标签的返回信号（定位信号)的时间间隔，将接入不同定位天线时测得的时间间隔处理得到相对传输时间差，并由此计算标签到不同定位天线的距离差，然后以定位天线为坐标，经过双曲面迭代算法解出标签的具体位置坐标。

本发明的特征在于依次含有以下步骤：

步骤（1）：

构建一个基于时间差测量的天线切换式射频定位系统：定位方包括：一个含有设定个数定位天线的天线组、一个天线切换控制单元、读写器和主机，