CN107122811A - 用于有源射频标签实时定位的智能rfid读写器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器及方法，该智能RFID读写器包括天线阵列、射频收发单元和信号处理电路。天线阵列中的天线单元均一一对应连接至射频收发单元中的射频收发模块，射频收发模块可以同时进行射频信号收发操作，并对接收信号强度进行测量；信号处理电路对多路射频收发模块接收的射频信号进行处理，归并不同天线单元接收到的同一射频信号，根据接收信号的天线单元的物理朝向、天线特性和信号强度，获取有源射频标签的方向及其与智能RFID读写器的大致距离；智能RFID读写器还包括通讯、定位等功能模块，支持多目标跟踪定位，减轻***搭建的工作量，降低成本，提高了定位效率和精确度，保证了***可靠性。

Description

用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及有源射频标签实时定位的技术领域，具体是指一种用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器及方法。

背景技术

RFID(Radio frequency identification devices，无线射频识别)技术，是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术，RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理，RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。目前已有多个国家积极投身于将RFID技术应用于物流、运输、城市交通等领域的探索，有源射频标签实现准确定位势必成为未来的发展趋势。

RFID定位通常使用两种技术，一种为相控阵无线定位法，该方法效率低，大量目标时，效果差；另一种则是飞行时间法，该方法需要布置多个读写器，并对安装位置有较高要求，安装不方便，同时***需要进行时间同步以保证判断结果的准确性。受限于效果、效率及复杂的安装配置要求而导致人为出错概率的增加，这两种技术在有源射频标签实时定位应用中难以保证准确性与可靠性，而不够准确、不够可靠的定位***在大部分实际应用场景中失去了使用意义。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，通过多路独立信号接收处理单元和多传感融合定位算法，提供一种能够对单一射频信号实现快速定位的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器及方法。

本发明中的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器及方法具体如下：

该用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器，其主要特点是，所述的智能RFID读写器包括天线阵列、射频收发单元和信号处理电路，所述的射频收发单元与所述的天线阵列中的多个天线单元相连接，以进行射频信号的收发，并获取所述的天线单元接收到的射频信号的信号强度；所述的射频收发单元还与所述的信号处理电路相连接，且所述的射频收发单元将其获取的射频信号及该射频信号对应的信号强度发送给所述的信号处理电路，供所述的信号处理电路进行计算定位，获取发送该射频信号的有源射频标签的实时位置。

较佳地，所述的天线单元为定向天线，所述的射频收发单元中包括多个射频收发模块，且每一定向天线均对应连接有一所述的射频收发单元，各个射频收发模块间可同时独立收发。

较佳地，有源射频标签发送的射频信号中包括该有源射频标签的ID信息。

较佳地，所述的智能RFID读写器还包括通讯功能模块和定位功能模块，且所述的通讯功能模块和所述的定位功能模块也分别连接至所述的信号处理电路，用以实现定位功能和通讯功能。

以上所述的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器实现有源射频标签实时定位的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)所述的智能RFID读写器上电；

(2)所述的天线阵列通过所述的天线单元获取所述的有源射频标签发送的射频信号，并将该射频信号发送至所述的射频收发单元；

(3)所述的射频收发单元接收每一天线单元接收到的射频信号，并获取每一天线单元接收到的射频信号对应的信号强度，并将射频信号及该射频信号对应的信号强度均发送至所述的信号处理电路；

(4)所述的信号处理电路接收该射频信号及该射频信号对应的信号强度，并对其进行处理，从而确定所述的有源射频标签的实时位置。

较佳地，所述的天线单元为定向天线，所述的射频收发单元中包括多个射频收发模块，且每一定向天线均对应连接有一所述的射频收发单元，所述的步骤(2)具体为：

所述的定向天线接收所述的有源射频标签发送的射频信号，并将该射频信号发送至该定向天线对应连接的射频收发模块。

更佳地，所述的步骤(3)具体为：

所述的射频收发模块获取其接收到的所述的射频信号对应的信号强度，且所述的射频收发单元中的每一个射频收发模块都将射频信号及该射频信号对应的信号强度发送至所述的信号处理电路，供所述的信号处理电路进行进一步的处理。

较佳地，所述的步骤(4)具体为：

所述的信号处理电路通过轮询或并发的方式接收射频信号及其信号强度，且该信号处理电路通过多传感融合定位算法对所述的射频信号及其信号强度进行处理，从而获取所述的有源射频标签的实时位置。

更佳地，射频信号中包括发射该射频信号的有源射频标签的ID信息，所述的天线单元为定向天线，且所述的信号处理电路通过多传感融合定位算法对所述的射频信号及其信号强度进行处理从而获取所述的有源射频标签的实时位置具体为：

(4.1)所述的信号处理电路根据其接收到的射频信号中包括的ID信息归并属于同一有源射频标签的射频信号；

(4.2)按时间对接收到的具有同样的ID信息的射频信号的信号强度进行拼接，形成基于信号强度的时间序列；

(4.3)对时间序列进行二次处理，所述的二次处理包括对所述的时间序列进行缺损填补和平滑；

(4.4)结合定向天线空间增益，获取所述的有源射频标签的实时位置。

采用了本发明的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器及方法，在实现有源射频标签的定位时，由于其相对于多读写器分布安装的方案，减少了读写器数量，因此大大降低了安装布置的难度，成本也得以减少，还可以通过单个射频信号实现标签的定位，信源信号的利用率高、定位速度快，还能同时定位多个有源射频标签，适用于功耗要求较高或者标签数量较多的场合；本发明用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器可以实现一体化设计，降低了安装要求，降低了人为出错概率，提高了准确性与可靠性，应用范围广泛。

附图说明

图1是本发明中的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器的硬件结构连接示意图。

图2是本发明中的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器的一种具体实施例中的外观示意图。

图3是本发明中的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器的一种具体实施例中的天线布置图。

图4是本发明中的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器的第一种具体实施例中的天线布置示意图。

图5是本发明中的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器的第二种具体实施例中的天线布置示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

请参阅图1所示，本发明的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器由天线阵列、射频收发单元、信号处理电路及其它功能模块等部分组成，所述的射频收发单元与所述的信号处理电路相连接，所述的天线阵列包括多个天线单元，且所述的天线单元与所述的射频收发单元相连接，用于接收所述的有源射频标签发射的射频信号，所述的射频收发单元还获取其接收到的射频信号的信号强度，并将上述射频信息及该射频信息对应的信号强度传送给所述的信号处理电路，由信号处理电路进行处理，从而获取所述的有源射频标签的实时位置。

该用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器根据需要还可包括定位功能模块和通讯功能模块等，用于进行定位和与外界的通讯。所述的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器中包括的其他模块也均与所述的信号处理电路相连接，且所述的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器以整机以分体或一体的形式呈现。

请参阅图2、3、4所示，所述的天线阵列由多个天线单元组成，所述的天线单元为定向天线。

所述的射频收发单元包括射频收发模块，且所述的射频收发模块与所述的天线单元一一对应，有几个天线单元就有几个射频收发模块，用于保证每一个天线单元上接收到的射频信号都能受到处理，而在具体实施例中，存在射频收发模块数目大于天线单元的情况，以实现对用户对RFID标签的定位精度有要求时，可以通过直接在天线阵列中增加天线单元，获取更高的RFID标签定位精度。在该具体实施例中，每一天线单元都对应有一射频收发模块，射频收发模块的数目大于等于天线单元的数目。事实上，一个装置中的射频收发模块的数目可根据需要进行设置。

所述的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器能实时获取每一个天线单元上接收到的射频信号，从而获取射频信号中发射该射频信号的有源射频标签的ID信息，以及接收到的该射频信号的信号强度，以供所述的信号处理电路对其进行处理，获取所述的有源射频标签的实时位置。

所述的天线阵列应根据实际需要，通过使用设置为匹配单种或多种频率的射频信号的天线单元或同时使用多组不同频率的天线单元来实现多个频率标签的定位和监听，且不限制所述的天线单元的调制方式；所述的射频收发单元中各射频收发模块可进行同时的独立读写，每一个射频收发模块都可单独对其对应的天线单元传送来的射频信号进行相应处理，可同时进行射频信号的接收或发送操作，以及对接收到的射频信号的信号强度进行测量。

在具体实施例中，所述的信号处理电路对所述的多路射频收发模块接收到的射频信号进行处理，归并不同的天线单元接收到的来自于同一有源射频标签的射频信号，并根据接收该射频信号的天线单元的物理朝向、天线特性和该射频信号的信号强度，来计算和定位所述的有源射频标签的方向与大致距离。

本发明的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器以整机或一体的形式呈现，当其呈分体形式时，该智能RFID读写器的各个组件(包括天线阵列、射频收发单元、信号处理电路以及其他功能模块)并未完成连接，因此实现有源射频标签实时定位包括以下步骤：

(1)若该发明中的装置处于分体状态，则先将所述的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器的各个组件用线缆相连，然后给连接好的装置上电；或该发明中的装置以整体的形式呈现，无需连接，则直接给该智能RFID读写器上电；

(2)所述的天线单元与外界的有源射频标签开始通信，接收该有源射频标签发射的射频信号；

(3)所述的天线单元将其接收到的射频信号(包括但不限于有源射频标签的ID信息)传输到其对应连接的所述的射频收发模块；

(4)所述的射频收发模块将射频信号及其信号强度发送至信号处理电路；

(5)所述的信号处理电路接收射频收发模块发送的射频信号及其信号强度；

(6)所述的信号处理电路根据所述的射频信号中的ID信息号对不同的天线单元中接收到的来自于同一有源射频标签的射频信号进行归并和信息匹配，并根据定位方法计算、确定有源射频标签实时位置。

当采用多传感融合定位算法作为该智能RFID读写器的定位方法时，通过同一时间不同天线单元接收同一有源射频标签发射的射频信号的信号强度的不同，由各射频信号的信号强度差异确定方向，并由信号强度的绝对值确定距离，所述的信号处理电路通过多传感融合定位算法获取所述的有源射频标签实时位置的具体步骤为：

(1)所述的信号处理电路通过轮询或并发的方式接收信息；

(2)按时间对不同天线同时接收的同ID信息的射频信号的信号强度进行拼接，形成基于信号接收强度的时间序列；

(3)采用缺损填补、平滑等手段对时间序列进行二次处理；

(4)结合定向天线的空间增益，实现准确定位及轨迹追踪；

(5)存储或传输处理结果，如果该用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器设置有通讯功能模块，通过有线或无线的方式将所述的有源射频标签的位置结果推送或输出至服务器、手机等设备；

在上述步骤(5)中，对处理结果的存储和输出，其输出格式包括但不限于位置信息、轨迹信息或原始信息等。

采用了本发明的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器及方法，在实现有源射频标签的定位时，由于其相对于多读写器分布安装的方案，减少了读写器数量，因此大大降低了安装布置的难度，成本也得以减少，还可以通过单个射频信号实现标签的定位，信源信号的利用率高、定位速度快，还能同时定位多个有源射频标签，适用于功耗要求较高或者标签数量较多的场合；本发明用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器可以实现一体化设计，降低了安装要求，降低了人为出错概率，提高了准确性与可靠性，应用范围广泛。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器，其特征在于，所述的智能RFID读写器包括天线阵列、射频收发单元和信号处理电路，所述的射频收发单元与所述的天线阵列中的多个天线单元相连接，以进行射频信号的收发，并获取所述的天线单元接收到的射频信号的信号强度；所述的射频收发单元还与所述的信号处理电路相连接，且所述的射频收发单元将其获取的射频信号及该射频信号对应的信号强度发送给所述的信号处理电路，供所述的信号处理电路进行计算定位，获取发送该射频信号的有源射频标签的实时位置。

2.根据权利要求1所述的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器，其特征在于，所述的天线单元为定向天线，所述的射频收发单元中包括多个射频收发模块，且每一定向天线均对应连接有一所述的射频收发单元，各个射频收发模块间可同时独立收发。

3.根据权利要求1所述的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器，其特征在于，有源射频标签发送的射频信号中包括该有源射频标签的ID信息。

4.根据权利要求1所述的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器，其特征在于，所述的智能RFID读写器还包括通讯功能模块和定位功能模块，且所述的通讯功能模块和所述的定位功能模块也分别连接至所述的信号处理电路，用以实现定位功能和通讯功能。

5.一种如权利要求1所述的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器实现有源射频标签实时定位的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)所述的智能RFID读写器上电；

(2)所述的天线阵列通过所述的天线单元获取所述的有源射频标签发送的射频信号，并将该射频信号发送至所述的射频收发单元；

(3)所述的射频收发单元接收每一天线单元接收到的射频信号，并获取每一天线单元接收到的射频信号对应的信号强度，并将射频信号及该射频信号对应的信号强度均发送至所述的信号处理电路；

(4)所述的信号处理电路接收该射频信号及该射频信号对应的信号强度，并对其进行处理，从而确定所述的有源射频标签的实时位置。

6.根据权利要求5所述的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器实现有源射频标签实时定位的方法，其特征在于，所述的天线单元为定向天线，所述的射频收发单元中包括多个射频收发模块，且每一定向天线均对应连接有一所述的射频收发单元，所述的步骤(2)具体为：

所述的定向天线接收所述的有源射频标签发送的射频信号，并将该射频信号发送至该定向天线对应连接的射频收发模块。

7.根据权利要求6所述的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器实现有源射频标签实时定位的方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体为：

所述的射频收发模块获取其接收到的所述的射频信号对应的信号强度，且所述的射频收发单元中的每一个射频收发模块都将射频信号及该射频信号对应的信号强度发送至所述的信号处理电路，供所述的信号处理电路进行进一步的处理。

8.根据权利要求5所述的智能RFID读写器实现有源射频标签实时定位的方法，其特征在于，所述的步骤(4)具体为：

所述的信号处理电路通过轮询或并发的方式接收射频信号及其信号强度，且该信号处理电路通过多传感融合定位算法对所述的射频信号及其信号强度进行处理，从而获取所述的有源射频标签的实时位置。

9.根据权利要求8所述的用于有源射频标签实时定位的智能RFID读写器实现有源射频标签实时定位的方法，其特征在于，射频信号中包括发射该射频信号的有源射频标签的ID信息，所述的天线单元为定向天线，且所述的信号处理电路通过多传感融合定位算法对所述的射频信号及其信号强度进行处理从而获取所述的有源射频标签的实时位置具体为：

(4.1)所述的信号处理电路根据其接收到的射频信号中包括的ID信息归并属于同一有源射频标签的射频信号；

(4.2)按时间对接收到的具有同样的ID信息的射频信号的信号强度进行拼接，形成基于信号强度的时间序列；

(4.3)对时间序列进行二次处理，所述的二次处理包括对所述的时间序列进行缺损填补和平滑；

(4.4)结合定向天线空间增益，获取所述的有源射频标签的实时位置。