[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

摘要

一种基于时间差测量的天线切换式射频定位方法，属于射频定位技术领域，其特征在于，以读写器所处位置为坐标原点，将天线组中的定位天线分布在空间中，并将其坐标信息录入主机。通过天线切换控制单元切换接入不同定位天线并测量从读写器发出信号到标签返回的信息被读写器所接收的时间间隔。测量数据在主机处经过处理得到在接入不同定位天线时电磁波在空间传播的时间差，通过时间差得到标签到达对应的两个不同天线的距离差，进而列出多组双曲面方程，将多组方程经过迭代计算即可得到标签的位置坐标。

主权项

1.一种基于时间差测量的天线切换式射频定位方法，其特征在于，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，其中多个定位天线，分散排布在空间中，所述定位天线的数量和排布方式必须保证在测量范围内无论射频标签在什么位置均同时能被至少四个天线的场区所覆盖，天线切换控制单元，每次切换接入一个所述定位天线，读写器由基频模块、射频模块和功率放大模块依次串接而成，所述功率放大模块输出的射频信号通过所述天线切换控制单元后由一个被选通的所述定位天线发出，主机，设有天线切换控制信号输出端，与所述天线切换控制单元的天线控制信号输入端相连，还设有与读写器通信的接口，包括读写器控制信号的输出端和读写器启动、终止时间间隔测量的信号输入端，在所述主机内预先设有：以所述读写器为原点的、全部的经过所述主机排序的各个所述定位天线的坐标信息，以及预先测出并存储的因所述读写器与所述各定位天线的连接电缆长度不同而引起的时差，还预置有：时间间隔测量模块，以测量从所述读写器发出的定位信号到接收来自射频标签的返回信号的时间间隔，被定位方，是空间中各个经主机排序的射频标签中被唤醒的一个，各所述射频标签均由射频天线和标签芯片依次连接而成，所述标签芯片在接收到读写器信号后能即刻产生接收触发信号，经过固定延迟后发送应答信号给读写器，该固定延迟时间经预先设置用以保证大于标签反应时间和解码时间，不影响正常通信过程；步骤（2）：所述基于时间差测量的天线切换式射频定位系统依次按以下步骤对所述射频标签进行无线定位：步骤（2.1）：主机录入所述定位天线分布的坐标信息和所述由电缆引起的信号延迟时差，步骤（2.2）：主机激活读写器，读写器通过天线切换单元和定位天线发送信号，顺序唤醒所述待定位的射频标签，步骤（2.3）：主机向所述天线切换控制单元发出定位天线切换控制信号，选定某定位天线，所述天线切换控制单元在每次定位天线切换完成后向所述主机发出应答信号，步骤（2.4）：主机向所述读写器发出定位控制信号，所述读写器据此通过所述天线切换控制单元选中的定位天线发送定位信号，所述读写器同时向主机中的时间测量模块发送时间间隔测量启动信号，步骤（2.5）：所述标签的射频芯片通过所述射频天线接收到定位信号后即刻产生接收触发信号，经过固定延时后通过所述射频天线向所述读写器发送返回信号，步骤（2.6）：所述读写器通过选定的定位天线接收到来自射频标签发出的返回信号后，立即向所述主机中的时间间隔测量模块发送停止测量信号，步骤（2.7）：读写器对收到的所述射频标签发出的返回信号进行解码，如果返回信号正确，则该次测量的时差数据有效，存储后返回步骤（2.3），选择下一个定位天线，在完成设定次数测量后执行步骤（2.8），如果返回信号不正确，则该次测量的数据无效，直接返回步骤（2.3），选择下一个定位天线，步骤（2.8）：主机按以下步骤确定被定位的一个射频标签的位置：步骤（2.8.1）：从测量得到的所述读写器发出定位信号到读写器接收到来自所述射频标签的返回信号的时间间隔中减去预先测得的连接电缆引起的所述延迟时间，选择不同天线时计算得到的上述结果分别为t₁、t₂、t₃、t₄…t_n，其中n为场区能够覆盖所述标签位置的定位天线的数量，n≥4，其两两比较后相减的差值即为选定不同定位天线时电磁波在空间中传播的时间差Δt₁、Δt₂、Δt₃、Δt₄…Δt_n-1，按下式计算被选定的射频标签到达先后选通的两个不同定位天线的距离差Δd_x，其中c_a为电磁波在空气中的传播速度，x∈(1,2,…n-1),步骤（2.8.2）：将每一组经上述步骤计算得到的距离差对应写为一个到两个天线的距离差为定值的双曲面方程，设总数为n的天线组中的天线坐标位置分别为（x₁,y₁,z₁）、（x₂,y₂,z₂）、…（x_n,y_n,z_n），则得到如下旋转双叶双曲面方程组：|(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2-(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2|=Δd1]]>|(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2-(x-x3)2+(y-y3)2+(z-z3)2|=Δd2]]>...|(x-xn-1)2+(y-yn-1)2+(z-zn-1)2-(x-xn)2+(y-yn)2+(z-zn)2|=Δdn-1]]>其中Δd_x为标签6到这坐标是（x_n-1,y_n-1,z_n-1）和（x_n,y_n,z_n）的天线的距离差，坐标（x,y,z）为标签6在空间中的待定坐标，求解上述双曲面方程的近似交界点，即得到标签6的精确位置。