基于虚拟标签算法的无线射频室内定位方法

日期:2019-03-02 15:11:29

专利名称:基于虚拟标签算法的无线射频室内定位方法
技术领域
本发明属于射频识别技术领域,涉及一种基于虚拟标签算法的无线射频室内定位方法。
背景技术
无线射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)是一种通过电磁场利用无线射频方式进行非接触双向通信,以达到识别目标的目的,并实现非接触式自动数据交换的技术。目前,射频识别技术已被广泛应用于生产、物流、交通运输等应用领域,并在定位跟踪、自动扫描等无人自动管理领域具有广泛的应用前景。特别是随着“物联网”(IoT, Internet of Things)概念引起业界广泛关注,作为一种先进生产力,RFID技术的广泛应用对提高生产效率、提升用户应用对应用的体验具有极大的促进作用。射频识别系统一般包括RFID读写器、RFID标签、天线和中间件等。RFID读写器与 RFID标签之间的通信通过电磁波传输与接收来实现。RFID读写器可以快速扫描读取信号覆盖范围内的多个RFID标签信息。在信号覆盖范围内,RFID标签反射的信号可以透过纸张、木材、塑料甚至墙壁等非金属或非透明材质,进行穿透性通信,穿透性较强。并且,RFID 传输的数据内容可以加密,从而保证数据传输过程的安全性。目前在RFID定位方法研究和应用方面,主要是通过部署大量的参考标签和RFID 读写器,采集待定位标签的RSSI信息,基于传统信号传播模型以及三角定位等方法进行位置计算。但现有的基于RFID技术设计的定位系统,在系统可靠性、定位方式、定位精度、定位效率等关键问题上还存在着诸多问题,这些因素造成了现有基于RSSI的定位系统定位精度较差。此外现定位系统的规模相对较小,可扩展性较差。部分定位系统采用部署参考标签的方法来提高使用RSSI定位的精度,但是系统性能受到参考标签密度、部署布局的影响,不适合实际的应用需求。

发明内容
本发明的目的是提供一种基于虚拟参考标签算法的无线射频室内定位方法,克服了现有技术设置高密度参考标签带来的射频信号干扰问题,参考标签布局灵活,同时扩展了定位区域范围,提高了室内定位精度。本发明所采用的技术方案是,一种基于虚拟标签算法的无线射频室内定位方法, 将参考标签固定在定位区域内的适当位置,其坐标相对容易的通过测量获得,对参考标签的信号强度,通过设定的RFID读写器每隔一段时间读取一次,以便适应环境因素变化对定位误差带来的影响;而将定位的标签附着在待定位目标上,通过RFID读写器接收到的定位标签的信号来估计其在空间的位置,该方法按照以下步骤实施步骤1、进行环境变量的估计采用经典的对数路径损耗模型,对于确定的T-R间隔距离d从信道中获得的信号强度RSSI的分贝值,用公式(1)来预测
权利要求
1. 一种基于虚拟标签算法的无线射频室内定位方法,将参考标签固定在定位区域内的适当位置,其坐标相对容易的通过测量获得,对参考标签的信号强度,通过设定的RFID读写器每隔一段时间读取一次,以便适应环境因素变化对定位误差带来的影响;而将定位的标签附着在待定位目标上,通过RFID读写器接收到的定位标签的信号来估计其在空间的位置,其特征在于,该方法按照以下步骤实施步骤1、进行环境变量的估计采用经典的对数路径损耗模型,对于确定的T-R间隔距离d从信道中获得的信号强度 RSSI的分贝值,用公式(1)来预测RSSI = RSSI(dQ) -1OTV log(—) + Χσ(1)其中,N代表路径损耗指数,X0代表阴影造成的影响,Cltl指发射站的近地参考距离,从该公式(1)可知,由于受到阴影效应的影响,在同一地点RFID读写器获得的定位目标信号强度值将会随时间而变化,设在定位区域内有m台信号相互覆盖的RFID读写器,分别表示为R1, R2. . . Rffl,并且该区域内部署有η个参考标签,分别记为RT1, RT2. . . RTn,这些参考标签均能够被上述m台读写器定位,则从参考标签RTj发送的信号被读写器氏接收到的信号强度记为RTRSSIij,其中 i e [l,m],j e [1,η],假设在定位区域内有被追踪的定位标签T,则T被读写器氏获得的信号强度记为RSSIi,由于参考标签部署之后位置固定,通过测量获得参考标签的坐标,参考标签RTj与读写器Ri之间的距离比较容易的求出,根据公式(1)和RSSI值样本,估计路径损耗指数和正态随机变量的标准差ο等环境变量1. 1)路径损耗指数估计路径损耗指数N的数值依赖于特定的信号传播环境,在室内的视距条件下,N值通常在 3. OdB 到 4. OdB 间,在估计对数路径损耗指数N时,选择近地参考距离为Cltl = lm,对Cltl处的信号强度 RSSI (d0), RFID标签的发射功率Pt,天线增益Gt,RFID读写器接收天线增益G,与载波的频率f,在设备确定后都比较容易获得,所以沿着读写器氏与参考标签RTj方向上的路径损耗指数通过公式(2)计算Pt+Gt+Gr+20\og{^-)-RTRSSIvN11 =---,(2)]IOlogJy由于传播介质和障碍物沿着RFID标签不同方向的路径损耗指数有所不同,所以对其分别计算,公式O)中忽略了正态分布随机变量X。的影响,如果通过单个样本值估计路径损耗指数Nu误差,将会偏离真实值很大,为了抵消单个样本对Nu估计的偏差,需要在第一阶段在系统运行后积累一定量的参考标签的RSSI值,然后利用这些样本根据估计路径损耗指数&,其中P代表样本数量
2.根据权利要求1所述的基于虚拟标签算法的无线射频室内定位方法,其特征在干, 所述的权值公式(9)中的Wst通过公式(10)计算
全文摘要
本发明公开了一种基于虚拟标签算法的无线射频室内定位方法,将参考标签固定在定位区域内的适当位置,其坐标相对容易的通过测量获得,对参考标签的信号强度,通过设定的RFID读写器每隔一段时间读取一次,以便适应环境因素变化对定位误差带来的影响;而将定位的标签附着在待定位目标上,通过RFID读写器接收到的定位标签的信号来估计其在空间的位置,按照以下步骤实施先进行环境变量的估计,包括路径损耗指数估计和正态分布标准差估计;再构造虚拟参考标签;最后基于虚拟参考标签的定位算法实现。本发明的室内定位方法,克服了现有技术设置高密度参考标签带来的射频信号干扰问题,参考标签布局灵活,同时扩展了定位区域范围,提高了室内定位精度。
文档编号G01S5/02GK102338866SQ201110147450
公开日2012年2月1日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者于蕾, 李军怀, 王一乐 申请人:西安理工大学


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