CN107462249B - 一种基于rfid的室内定位方法、装置及*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于RFID的室内定位方法、装置及***，包括控制RFID天线以预设角速度进行旋转；获取RFID天线旋转至当前位置的旋转角度，并对标签进行扫描，获取与旋转角度对应的标签信号强度；依据旋转角度、标签信号强度及旋转天线定位算法确定与标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程；依据椭圆交点计算算法对第一椭圆方程和第二椭圆方程进行处理得到相应的两个椭圆的交点；判断交点与原点之间的距离是否大于第一预设距离，若是，则输出交点，否则，继续获取RFID天线旋转下一个位置时的旋转角度，并进行循环操作直至得到最终的交点。本发明实施例仅采用了一个RFID天线，具有***结构简单、成本低、部署难度低及硬件利用率高的优点。

Description

一种基于RFID的室内定位方法、装置及***

技术领域

本发明实施例涉及室内定位技术领域，特别是涉及一种基于RFID的室内定位方法、装置及***。

背景技术

随着LBS(Location Based Service，基于位置的服务)和O2O(Online ToOffline，线上到线下)的快速发展，定位技术近年来也备受关注且发展迅速。定位技术中的室内定位可用于物流、电子商务、公共安全事件等方面。

室内定位是指在室内环境中对人员或物体进行定位，通过在室内的各处布置基站，用户凭借手机等工具在基站中产生包括距离和信号强度等信息，在根据这些信息确定用户的位置(或移动轨迹)，实现对人员、物资的监控和管理。RFID技术(射频识别技术)，是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据来实现对目标的定位。基于RFID的室内定位技术在定位过程中响应迅速，且因为RFID技术本身的非接触和非视距性，使得这种技术有更好的用户体验，基于RFID的室内定位技术是目前应用较为广泛的一种室内定位技术，具有部署成本低、穿透力强的优点。

目前，基于RFID的室内定位技术中RSSI(接收信号强度信息)定位在硬件要求上只需要RFID读写器提供接收到的信号强度，具有硬件要求低、使用方便的优点，其应用较为广泛。现有技术中的基于RSSI测距的定位方法中，因为在理想情况下，信号强度与标签和读写器的距离负相关，所以通过信号强度可以唯一确认标签可能的位置轨迹，在实际定位时，每一个标签在三个或者多个RFID天线扫描下得到对应的信号强度，从而分别得到三种或者多种轨迹，三个或者多个轨迹相交的某一个点就是标签位置，由于现有技术中需要采用三个或者多个RFID天线对单个标签进行定位，因此需要大量的RFID天线，从而增加了***成本，加大了部署难度，且硬件利用率较低。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的基于RFID的室内定位方法、装置及***成为本领域的技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于RFID的室内定位方法、装置及***，在使用过程中仅采用了一个RFID天线就可以实现对标签的定位，***结构简单，降低了***成本和部署难度，并且在一定程度上提高了***的硬件利用率。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于RFID的室内定位方法，包括：

S11：控制RFID天线以预设角速度进行旋转；

S12：获取所述RFID天线旋转至当前位置的旋转角度，并对标签进行扫描，获取与所述旋转角度对应的标签信号强度；

S13：依据所述旋转角度、所述标签信号强度及旋转天线定位算法确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程；

S14：依据椭圆交点计算算法对所述第一椭圆方程和所述第二椭圆方程进行处理，得到相应的两个椭圆的交点；

S15：判断所述交点与原点之间的距离是否大于第一预设距离，如果是，则输出所述交点，否则，返回S12，以获取所述RFID天线旋转下一个位置时的旋转角度。

可选的，所述依据所述旋转角度、所述标签信号强度及旋转天线定位算法确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程的过程为：

S130：依据所述旋转角度和所述标签信号强度得到新定位元素E_n(θ_n，RSSI_n)，其中，θ_n为所述旋转角度，RSSI_n为所述标签信号强度；

S131：判断所述标签信号强度是否在预设范围内，如果是，则进入S132，否则，进入S135；

S132：将所述新定位元素E_n与预先存储的第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃进行比较，其中，E_i为(θ_i，RSSI_i)，i＝1,2,3，且θ₁、θ₂和θ₃互不相同，若所述旋转角度θ_n与其中一个旋转角度θ_i相同，则将与所述θ_i对应的RSSI_i更新为RSSI_n，并进入S133；否则，进入S134；

S133：采用更新之后的第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程；

S134：采用所述第二定位元素E₂更新第一定位元素E₁，采用所述第三定位元素E₃更新第二定位元素E₂，采用所述新定位元素E_n更新第三定位元素E₃，并返回S133；

S135：采用预先存储的所述第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程，其中，E_i为(θ_i，RSSI_i)，i＝1,2,3。

可选的，所述采用更新之后的第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程的过程为：

采用更新之后的第一定位元素E₁中的RSSI₁、更新之后的第三定位元素E₃中的RSSI₃及预先存储的信号强度与椭圆方程参数的映射关系分别得到与所述RSSI₁对应的第一椭圆方程参数和与所述RSSI₃对应的第二椭圆方程参数；

依据所述第一椭圆方程参数及所述第一定位元素E₁中的旋转角度θ₁得到第一椭圆方程；

依据所述第二椭圆方程参数及所述第三定位元素E₃中的旋转角度θ₃得到第二椭圆方程。

可选的，所述依据椭圆交点计算算法对所述第一椭圆方程和所述第二椭圆方程进行处理，得到相应的两个椭圆的交点的过程为：

S141：将自变量x的预设初始值分别代入所述第一椭圆方程和所述第二椭圆方程，得到与所述第一椭圆方程对应的两个根y₁₁和y₁₂，及与所述第二椭圆方程对应的两个根y₂₁和y₂₂；

S142：将所述y₁₁与所述y₂₁、所述y₁₁与所述y₂₂、所述y₁₂与所述y₂₁、所述y₁₂和所述y₂₂分别进行做差计算，得到各个差值，获取绝对值最小的差值Δy对应的两个点(x，y₁)和(x，y₂)；

S143：判断所述x是否达到预设阈值，如果是，则进入S144；否则，进入S145；

S144：采用预设增量对所述自变量x的预设初始值进行更新，并返回S141；

S145：将所有的Δy按照从小到大的顺序进行排序，并从最小的Δy起获取预设数量个Δy，每个Δy对应一个(x，y)，其中，y为与相应的Δy对应的y₁和y₂中随x变化的变化率较小的一个值；

S146：判断所述预设数量个Δy中是否存在Δy对应的点(x，y)中的y值大于最小的Δy对应的点(x₀，y₀)中的y₀值，且所述(x，y)与所述(x₀，y₀)之间的距离大于第二预设距离，如果是，则将所述(x，y)作为相应的两个椭圆的交点；否则，将所述(x₀，y₀)作为相应的两个椭圆的交点。

可选的，还包括将所述交点对应的位置信息进行显示。

可选的，还包括当扫描到所述标签时发出告警提示信息。

本发明实施例还相应的提供了一种基于RFID的室内定位装置，包括：

控制模块，用于控制RFID天线以预设角速度进行旋转；

角度检测模块，用于获取所述RFID天线旋转至当前位置的旋转角度；

RFID读写器，用于对标签进行扫描，获取与所述旋转角度对应的标签信号强度；

椭圆方程确定模块，用于依据所述旋转角度、所述标签信号强度及旋转天线定位算法确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程；

交点计算模块，用于依据椭圆交点计算算法对所述第一椭圆方程和所述第二椭圆方程进行处理，得到相应的两个椭圆的交点；

判断模块，用于判断所述交点与原点之间的距离是否大于第一预设距离，如果是，则触发输出模块，否则，触发角度检测模块，以获取所述RFID天线旋转下一个位置时的旋转角度；

所述输出模块，用于输出所述交点。

可选的，所述装置还包括显示模块，用于将所述交点对应的位置信息进行显示。

可选的，所述装置还包括告警模块，用于当扫描到所述标签时发出告警提示信息。

本发明实施例还提供了一种基于RFID的室内定位***，包括如上述所述的基于RFID的室内定位装置。

本发明实施例提供了一种基于RFID的室内定位方法、装置及***，包括控制RFID天线以预设角速度进行旋转；获取RFID天线旋转至当前位置的旋转角度，并对标签进行扫描，获取与旋转角度对应的标签信号强度；依据旋转角度、标签信号强度及旋转天线定位算法确定与标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程；依据椭圆交点计算算法对第一椭圆方程和第二椭圆方程进行处理，得到相应的两个椭圆的交点；判断交点与原点之间的距离是否大于第一预设距离，如果是，则输出交点，否则，继续获取RFID天线旋转下一个位置时的旋转角度，并进行循环操作直至得到最终的交点。

本发明实施例中只需要一个RFID天线，在RFID天线旋转过程中，每个角度上都可以得到具有相同信号强度值、不同距离的坐标点，并且具有相同信号强度值的点的轨迹形成一个椭圆，在RFID天线旋转起来后，同一位置的标签将出现在RFID天线旋转前后的两个椭圆曲线上，所以可以通过对标签处的信号强度进行监测，并依据标签出的信号强度、RFID天线的旋转角度及旋转天线定位算法确定出与标签对应的两个椭圆方程，并通过求解这两个椭圆方程对应的两个椭圆轨迹的交点即可得出标签所在的位置。本发明实施例中只采用了一个RFID天线就可以实现对标签的定位，***结构简单，降低了***成本和部署难度，并且在一定程度上提高了***的硬件利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于RFID的室内定位方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种定位数据缓冲区的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于RFID的室内定位装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于RFID的室内定位方法、装置及***，在使用过程中仅采用了一个RFID天线就可以实现对标签的定位，***结构简单，降低了***成本和部署难度，并且在一定程度上提高了***的硬件利用率。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种基于RFID的室内定位方法的流程示意图。

该方法包括：

S11：控制RFID天线以预设角速度进行旋转；

S12：获取RFID天线旋转至当前位置的旋转角度，并对标签进行扫描，获取与旋转角度对应的标签信号强度；

S13：依据旋转角度、标签信号强度及旋转天线定位算法确定与标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程；

S14：依据椭圆交点计算算法对第一椭圆方程和第二椭圆方程进行处理，得到相应的两个椭圆的交点；

S15：判断交点与原点之间的距离是否大于第一预设距离，如果是，则进入S16；否则，返回S12，以获取RFID天线旋转下一个位置时的旋转角度；

S16：输出交点。

需要说明的是，在RFID天线正常工作后，会在其附近的空间产生一定的磁场，处于该磁场下的标签(即电子标签)会感应出相应的信号强度。在理想状态下，当天线在相同位置时，标签感应到的信号强度与标签和RFID天线之间的距离为对数衰减关系。在旋转过程中，每个角度上都可以得到具有相同信号强度值、不同距离的坐标点，把这些坐标点连接起来可以得到一个大致的椭圆。测得标签的信号强度之后就可以认为标签位于对应的椭圆轨迹上。当RFID天线旋转起来后，同一位置的电子标签将出现在RFID天线旋转前后两个椭圆曲线上，通过求解这两个椭圆的交点即可得出标签的位置。

在实际应用中可以采用ARM开发板作为处理器，并通过处理器控制监控云台带动RFID天线进行旋转，在RFID天线旋转过程中可以实时或间隔预设时间采集一次RFID天线的旋转角度，并且可以通过RFID读写器在处理器的控制下对标签进行扫描，当扫描到标签时获取标签信号强度(即标签所感应的信号强度)，对于RFID天线在某一个旋转角度时，标签信号强度可以通过多次扫描的信号强度求平均值得到，还可以根据参考节点的信号强度对标签信号强度进行修正，标签信号强度与旋转角度是对应的关系。

通过旋转天线定位算法对监测得到的旋转角度及在该旋转角度下标签所感应的信号强度进行分析既可以得到与该标签相应的两个椭圆方程，即第一椭圆方程和第二椭圆方程，在通过对这两个椭圆方程进行求交点计算，得到这两个椭圆方程对应的两个椭圆的交点，为了使定位更加精确，可以在该交点与原点之间的距离大于预设距离(例如为0.03m)时，确定该交点即为最终的交点，可以通过该交点确定出标签的具***置。如果该交点与原点直接的距离小于预设距离，则RFID天线在该旋转角度时所得到的椭圆方程并不足以确定标签的位置，此时可以随着RFID天线的继续旋转，继续获取RFID天线在下一个位置时对应的旋转角度和相应的标签信号强度，从而依据该旋转角度和相应的标签信号强度得到相应的第一椭圆方程和第二椭圆方程，并求解出相应的交点，且当该交点与原点之间的距离大于预设距离时，将该交点作为最终的交点进行输出，如此循环进行直至得到符合要求的交点为止。

还需要说明的是，本发明实施例中的第一预设阈值可以为0.3m，当然，也可以为其他的具体数值，其具体取值可以根据实际情况进行确定，本申请对此不做特殊的限定。另外，对于本申请中的预设角速度的具体数值也可以根据实际情况进行确定，本申请对此不作特殊的限定。

本发明实施例中只需要一个RFID天线，在RFID天线旋转过程中，每个角度上都可以得到具有相同信号强度值、不同距离的坐标点，并且具有相同信号强度值的点的轨迹形成一个椭圆，在RFID天线旋转起来后，同一位置的标签将出现在RFID天线旋转前后的两个椭圆曲线上，所以可以通过对标签处的信号强度进行监测，并依据标签的信号强度、RFID天线的旋转角度及旋转天线定位算法确定出与标签对应的两个椭圆方程，并通过求解这两个椭圆方程对应的两个椭圆轨迹的交点即可得出标签所在的位置。本发明实施例中只采用了一个RFID天线就可以实现对标签的定位，***结构简单，降低了***成本和部署难度，并且在一定程度上提高了***的硬件利用率。

本发明实施例公开了一种一种基于RFID的室内定位方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：

进一步的，在上述S13中，依据旋转角度、标签信号强度及旋转天线定位算法确定与标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程的过程，具体可以为：

S130：依据旋转角度和标签信号强度得到新定位元素E_n(θ_n，RSSI_n)，其中，θ_n为旋转角度，RSSI_n为标签信号强度；需要说明的是，定位元素E是由旋转角度θ和标签信号强度RSSI组成的，所以可以根据***当前所获取的旋转角度和标签信号强度得到新定位元素E_n(θ_n，RSSI_n)，其中n表示第几个新定位元素。

S131：判断标签信号强度是否在预设范围内，如果是，则进入S132，否则，进入S135；

具体的，本发明实施例中的标签信号强度可以是直接获取的标签的信号强度，也可以是根据参考节点的当前信号强度与标准值的差值对标签感应的信号强度进行修正后的标签信号强度，从而可以使所得到的标签信号强度更加精确。

本申请中的预设范围可以是[-45,-85]dbm，当然，也不见限于采用上述预设范围，预设范围的具体取值可以根据实际采用的RFID天线的增益进行确定，本申请对此不做特殊的限定。

S132：将新定位元素E_n与预先存储的第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃进行比较，其中，E_i为(θ_i，RSSI_i)，i＝1,2,3，且θ₁、θ₂和θ₃互不相同，若旋转角度θ_n与其中一个旋转角度θ_i相同，则将与θ_i对应的RSSI_i更新为RSSI_n，并进入S133；否则，进入S134；

需要说明的是，本发明实施例中可以预先在内存中开辟一个具有一定容量的定位数据缓冲区，例如容量为3的定位数据缓冲区，并且预先存储三个旋转角度互不相同的定位元素，即第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃，并且E₁、E₂及E₃按照E₁E₂E₃的顺序依次存储至缓冲区中，具体请参照图2，图2为本发明实施例提供的一种定位数据缓冲区的结构示意图。当获取一个新定位元素E_n，且该新定位元素的旋转角度在预设范围内时，则将该新定位元素中的旋转角度θ_n与预先存储的三个定位元素的三个旋转角度θ₁、θ₂和θ₃进行比较，如果θ_n与θ₁、θ₂和θ₃中的某一个旋转角度相同，则将与相同的旋转角度θ_i对应的RSSI_i更新为RSSI_n，例如，θ_n与θ₁相同，则将E₁中的RSSI₁更新为RSSI_n，则第一定位元素E₁更新为(θ₁，RSSI_n)，此时第二定位元素和第三定位元素没有发生变化。也即，将与相同的旋转角度θ_i对应的RSSI_i更新为RSSI_n后，相应的定位元素E_i即被更新为相应的(θ_i，RSSI_n)，其他的定位元素没有变化。此时，进入S133；

S133：采用更新之后的第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃确定与标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程；

进一步的，具体可以通过以下方式确定与标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程：

采用更新之后的第一定位元素E₁中的RSSI₁、更新之后的第三定位元素E₃中的RSSI₃及预先存储的信号强度与椭圆方程参数的映射关系分别得到与RSSI₁对应的第一椭圆方程参数和与RSSI₃对应的第二椭圆方程参数；

依据第一椭圆方程参数及第一定位元素E₁中的旋转角度θ₁得到第一椭圆方程；

依据第二椭圆方程参数及第三定位元素E₃中的旋转角度θ₃得到第二椭圆方程。

需要说明的是，当θ_n与θ₁相同时，则将E₁中的RSSI₁更新为RSSI_n，也即将RSSI_n作为RSSI₁与θ₁构成更新后的E₁，则此时更新之后的第三定位元素E₃没有发生变化，故RSSI₃没有发生变化；当θ_n与θ₃相同时，则将E₃中的RSSI₃更新为RSSI_n，也即将RSSI_n作为RSSI₃与θ₃构成更新后的E₃，此时更新之后的第一定位元素E₁没有发生变化，也即RSSI₁没有发生变化；当θ_n与θ₂相同时，则将E₂中的RSSI₂更新为RSSI_n，也即将RSSI_n作为RSSI₂与θ₂构成更新后的E₂，此时更新之后的第一定位元素E₁和更新之后的第三定位元素E₃均分别为原来的第一定位元素E₁和原来的第三定位元素E₃，两者均未发生变化。

由于，相同信号强度的点可以构成一个椭圆轨迹，故可以根据标签信号强度确定相应的椭圆方程，例如任意关于y轴对称的椭圆方程可以用下式表示：

Ax²+Cy²+Ey+F＝0

当加上旋转角度时，相应的椭圆方程为：

(A cos²θ+C sin²θ)x²+(-A sin2θ+C sin2θ)xy+(A sin²θ+C cos²θ)y²+E sinθx+Ecosθy+F＝0，其中，x和y的单位为米，θ的单位为弧度。

则，在实际应用中可以预先通过实验和推导建立标签信号强度与椭圆方程的各个参数之间的数据表，即预先建立标签信号强度及椭圆方程参数之间的映射关系，通过更新之后的第一定位元素E₁中的RSSI₁(如果没有更新、则RSSI₁为原始的RSSI₁，如果有更新，则RSSI₁为RSSI_n)和相应的映射关系即可确定出此时的椭圆方程参数A、C、E和F，进一步根据旋转角度θ₁和上述带有旋转角度的椭圆方程即可得到第一椭圆方程；

通过更新之后的第三定位元素E₃中的RSSI₃(如果没有更新、则RSSI₃为原始的RSSI₃，如果有更新，则RSSI₃为RSSI_n)，和相应的映射关系即可确定出此时的椭圆方程参数A、C、E和F，进一步根据旋转角度θ₃和上述带有旋转角度的椭圆方程即可得到第二椭圆方程。还需说明的是，当θ_n与θ₁、θ₂和θ₃均不相同时，则进入S134，具体如下：

S134：采用第二定位元素E₂更新第一定位元素E₁，采用第三定位元素E₃更新第二定位元素E₂，采用新定位元素E_n更新第三定位元素E₃，并返回S133；

需要说明的是，当θ_n与θ₁、θ₂和θ₃均不相同时，将缓冲区中所存储的第一定位元素E₁移除至缓冲区，并将第二定位元素E₂移存至原来的第一定位元素所在的位置，并且此时的E₂即为新的E₁，同样将第三定位元素E₃移存至原来的第二定位元素所在的位置，并且此时的E₃即为新的E₂，同理将新定位元素E_n存储至原来的第三定位元素所在的位置，并成为新的E₃，此时需要根据更新之后的各个定位数据确定与标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程，具体如下：

同样根据更新之后的第一定位元素E₁中的RSSI₁、更新之后的第三定位元素E₃中的RSSI₃及预先存储的信号强度与椭圆方程参数的映射关系分别得到与RSSI₁对应的第一椭圆方程参数和与RSSI₃对应的第二椭圆方程参数。

再根据以下椭圆方程：

(A cos²θ+C sin²θ)x²+(-A sin2θ+C sin2θ)xy+(A sin²θ+C cos²θ)y²+E sinθx+Ecosθy+F＝0

即可得到相应的第一椭圆方程和第二椭圆方程。

S135：采用预先存储的第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃确定与标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程，其中，E_i为(θ_i，RSSI_i)，i＝1,2,3。

需要说明的是，当新定位元素的标签信号强度RSSI_n不在预设范围内时，说明该新定位元素无效，将其舍弃，同时可以通过预先存储的三个定位元素确定与标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程，其中，具体可以通过第一定位元素E₁中的RSSI₁、第三定位元素E₃中的RSSI₃及预先存储的信号强度与椭圆方程参数的映射关系分别得到与RSSI₁对应的第一椭圆方程参数和与RSSI₃对应的第二椭圆方程参数。再根据以下椭圆方程得到相应的第一椭圆方程和第二椭圆方程：

(A cos²θ+C sin²θ)x²+(-A sin2θ+C sin2θ)xy+(A sin²θ+C cos²θ)y²+E sinθx+Ecosθy+F＝0。

作为一个具体的实施例，上述S133中采用更新之后的第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃确定与标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程的过程，具体可以为：

采用更新之后的第一定位元素E₁中的RSSI₁、更新之后的第三定位元素E₃中的RSSI₃及预先存储的信号强度与椭圆方程参数的映射关系分别得到与RSSI₁对应的第一椭圆方程参数和与RSSI₃对应的第二椭圆方程参数；

依据第一椭圆方程参数及第一定位元素E₁中的旋转角度θ₁得到第一椭圆方程；

依据第二椭圆方程参数及第三定位元素E₃中的旋转角度θ₃得到第二椭圆方程。

当然，除了采用上述方法确定第一椭圆方程和第二椭圆方程之外，也可以采用其他的方法确定与标签信号强度对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程，本申请对此不做特殊的限定，能实现本发明实施例的目的即可。

作为一个具体的实施例，上述S14中，依据椭圆交点计算算法对第一椭圆方程和第二椭圆方程进行处理，得到相应的两个椭圆的交点的过程，具体可以为：

S141：将自变量x的预设初始值分别代入第一椭圆方程和第二椭圆方程，得到与第一椭圆方程对应的两个根y₁₁和y₁₂，及与第二椭圆方程对应的两个根y₂₁和y₂₂；

需要说明的是，例如第一椭圆方程为A₁x²+B₁xy+C₁y²+D₁x+E₁y+F₁＝0，第二椭圆方程为A₂x²+B₂xy+C₂y²+D₂x+E₂y+F₂＝0，自变量x的预设初始值可以为-5，当然也可以为其他的具体数值，本发明实施例对此不做特殊的限定。

将x的预设初始值代入上述两个椭圆方程中，此时椭圆方程变为一元二次方程，即可求出相应的y值。当y值为0个，即没有交点时，此时通过预设增量对自变量x进行更新(例如x＝x+0.01)，并从新代入两个椭圆方程中，每个椭圆方程具有两个根为止，并且当y值为1个时，即可认为两根相等，仍看作有两个交点。由于每个椭圆均有两个交点，则可另第一椭圆方程对应的第一椭圆上的点为(x，y₁₁)和(x，y₁₂)，第二椭圆方程对应的第二椭圆上的点为(x，y₂₁)和(x，y₂₂)。

S142：将y₁₁与y₂₁、y₁₁与y₂₂、y₁₂与y₂₁、y₁₂和y₂₂分别进行做差计算，得到各个差值，获取绝对值最小的差值Δy对应的两个点(x，y₁)和(x，y₂)；

具体的，通过计算(x，y₁₁)与(x，y₂₁)之间的差值得到Δy₁、计算(x，y₁₁)与(x，y₂₂)之间的差值得到Δy₂、计算(x，y₁₂)与(x，y₂₁)之间的差值得到Δy₃、(x，y₁₂)与(x，y₂₂)之间的差值得到Δy₄，若Δy₂的绝对值是最小的，则可以将y₁₁作为y₁，将y₂₂作为y₂。

S143：判断x是否达到预设阈值，如果是，则进入S144；否则，进入S145；

预设阈值可以为+5，当然也可以为其他的具体数据，其具体数值可以根据实际情况中的RFID天线的增益进行确定。

S144：采用预设增量对自变量x的预设初始值进行更新，并返回S141；

例如预设增量为0.01，则按照式x＝x+0.01对自变量x进行更新并返回S141进行计算。

当然，本发明实施例中的预设增量不仅限于为0.01，也可以为其他的具体数值，其具体取值可以根据实际情况进行确定，本申请对此不做特殊的限定，能实现本发明实施例的目的即可。

S145：将所有的Δy按照从小到大的顺序进行排序，并从最小的Δy起获取预设数量个Δy，每个Δy对应一个(x，y)，其中，y为与相应的Δy对应的y₁和y₂中随x变化的变化率较小的一个值；

当x达到预设阈值时，即可结束循环，此时得到N个Δy，每个Δy对应一组(x，y₁)和(x，y₂)，将这N个Δy从小到大排序后，从最小的Δy起取预设数量(例如50)个Δy，每个Δy对应的数据可以用(x，y)表示，其中y为相应的y₁和y₂中在x值递增的过程中变化较为缓慢的一个值。

S146：判断预设数量个Δy中是否存在Δy对应的点(x，y)中的y值大于最小的Δy对应的点(x₀，y₀)中的y₀值，且(x，y)与(x₀，y₀)之间的距离大于第二预设距离，如果是，则将(x，y)作为相应的两个椭圆的交点；否则，将(x₀，y₀)作为相应的两个椭圆的交点。

需要说明的是，第二预设距离可以为0.03m，当然，不仅限于取该数值，其具体取值可以根据实际情况进行确定，本申请对此不做特殊的限定。另外，当有多个Δy其对应的点(x，y)中的y值大于最小的Δy对应的点(x₀，y₀)中的y₀值，且(x，y)与(x₀，y₀)之间的距离大于第二预设距离，此时将这多个Δy中最小的Δy对应的数据点(x，y)作为两个椭圆的交点。

还需要说明的是，当通过上述方法得到两个椭圆的交点(x，y)后，还可以在通过RFID天线旋转至上一个角度时计算得到交点(x₀'，y₀')对当前得到的交点(x，y)进行修正，得到最终的定位结果(x'，y')，并将该(x'，y')作为两个椭圆的交点，并用于S15中的判断该交点与原点之间的距离是否大于第一预设阈值。

对交点(x，y)进行修正的过程具体如下：

计算交点(x，y)与交点(x₀'，y₀')之间的距离s，即：

交点(x，y)的权重为ε，且ε的计算方法为：

进一步，最终的定位结果(x'，y')可用下式表示：

可选的，还包括将交点对应的位置信息进行显示。

需要说明的是，在实际应用中当确定出标签的位置信息后，可以通过摄像头或其他装置对标签进行拍照，并通过雷达图像的方式显示给用户，以便用户较容易的找到设置了该标签的物品。

可选的，还包括当扫描到标签时发出告警提示信息。

另外，***还可以在扫描到标签时发出告警提示信息，具体可以通过蜂鸣器等进行告警，从而及时提醒用户，以便对标签及时进行追踪处理。

相应的本发明实施例还公开了一种基于RFID的室内定位装置，具体请参照图3，图3为本发明实施例提供的一种基于RFID的室内定位装置的结构示意图。在上述实施例的基础上：

该装置包括：

控制模块1，用于控制RFID天线以预设角速度进行旋转；

角度检测模块2，用于获取RFID天线旋转至当前位置的旋转角度；

RFID读写器3，用于对标签进行扫描，获取与旋转角度对应的标签信号强度；

椭圆方程确定模块4，用于依据旋转角度、标签信号强度及旋转天线定位算法确定与标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程；

交点计算模块5，用于依据椭圆交点计算算法对第一椭圆方程和第二椭圆方程进行处理，得到相应的两个椭圆的交点；

判断模块6，用于判断交点与原点之间的距离是否大于第一预设距离，如果是，则触发输出模块7，否则，触发角度检测模块2，以获取RFID天线旋转下一个位置时的旋转角度；

输出模块7，用于输出交点。

需要说明的是，在实际应用中控制模块可以包括ARM开发板(处理器)和监控云台，以通过处理器对监控云台进行控制，从而通过监控云台带动RFID天线以预设角速度进行旋转。角度检测模块可以为倾角仪，交点计算模块、判断模块和输出模块均可以集成在计算机软件***中，其中硬件***与计算机软件***之间通过以太网进行通信。

可选的，装置还包括显示模块，用于将交点对应的位置信息进行显示。

可选的，装置还包括告警模块，用于当扫描到标签时发出告警提示信息。

需要说明的是，该告警模块可以包括蜂鸣器，通过鸣笛的方式进行告警。当然，也可以包括其他的器件，通过其他的方式进行告警，例如闪烁灯，通过灯光闪烁的方式进行告警提示，具体的本发明实施例不做限定。

需要说明的是，本发明实施例中只需要一个RFID天线，在RFID天线旋转过程中，每个角度上都可以得到具有相同信号强度值、不同距离的坐标点，并且具有相同信号强度值的点的轨迹形成一个椭圆，在RFID天线旋转起来后，同一位置的标签将出现在RFID天线旋转前后的两个椭圆曲线上，所以可以通过对标签处的信号强度进行监测，并依据标签出的信号强度、RFID天线的旋转角度及旋转天线定位算法确定出与标签对应的两个椭圆方程，并通过求解这两个椭圆方程对应的两个椭圆轨迹的交点即可得出标签所在的位置。本发明实施例中只采用了一个RFID天线就可以实现对标签的定位，***结构简单，降低了***成本和部署难度，并且在一定程度上提高了***的硬件利用率。

另外，对于本发明实施例中所涉及到的基于RFID的室内定位方法的具体介绍请参照上述方法实施例，本申请在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种基于RFID的室内定位***，包括如上述的基于RFID的室内定位装置。

本发明实施例中只需要一个RFID天线，在RFID天线旋转过程中，每个角度上都可以得到具有相同信号强度值、不同距离的坐标点，并且具有相同信号强度值的点的轨迹形成一个椭圆，在RFID天线旋转起来后，同一位置的标签将出现在RFID天线旋转前后的两个椭圆曲线上，所以可以通过对标签处的信号强度进行监测，并依据标签出的信号强度、RFID天线的旋转角度及旋转天线定位算法确定出与标签对应的两个椭圆方程，并通过求解这两个椭圆方程对应的两个椭圆轨迹的交点即可得出标签所在的位置。本发明实施例中只采用了一个RFID天线就可以实现对标签的定位，***结构简单，降低了***成本和部署难度，并且在一定程度上提高了***的硬件利用率。

另外，对于本发明实施例中所涉及到的基于RFID的室内定位方法的具体介绍请参照上述方法实施例，本申请在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于RFID的室内定位方法，其特征在于，包括：

S11：控制RFID天线以预设角速度进行旋转；

S12：获取所述RFID天线旋转至当前位置的旋转角度，并对标签进行扫描，获取与所述旋转角度对应的标签信号强度；

S13：依据所述旋转角度、所述标签信号强度及旋转天线定位算法确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程；

S14：依据椭圆交点计算算法对所述第一椭圆方程和所述第二椭圆方程进行处理，得到相应的两个椭圆的交点；

S15：判断所述交点与原点之间的距离是否大于第一预设距离，如果是，则输出所述交点，否则，返回S12，以获取所述RFID天线旋转下一个位置时的旋转角度；

所述依据所述旋转角度、所述标签信号强度及旋转天线定位算法确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程的过程为：

S130：依据所述旋转角度和所述标签信号强度得到新定位元素E_n(θ_n，RSSI_n)，其中，θ_n为所述旋转角度，RSSI_n为所述标签信号强度；

S131：判断所述标签信号强度是否在预设范围内，如果是，则进入S132，否则，进入S135；

S132：将所述新定位元素E_n与预先存储的第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃进行比较，其中，E_i为(θ_i，RSSI_i)，i＝1,2,3，且θ₁、θ₂和θ₃互不相同，若所述旋转角度θ_n与其中一个旋转角度θ_i相同，则将与所述θ_i对应的RSSI_i更新为RSSI_n，并进入S133；否则，进入S134；

S133：采用更新之后的第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程；

S134：采用所述第二定位元素E₂更新第一定位元素E₁，采用所述第三定位元素E₃更新第二定位元素E₂，采用所述新定位元素E_n更新第三定位元素E₃，并返回S133；

S135：采用预先存储的所述第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程，其中，E_i为(θ_i，RSSI_i)，i＝1,2,3。

2.根据权利要求1所述的基于RFID的室内定位方法，其特征在于，所述采用更新之后的第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程的过程为：

采用更新之后的第一定位元素E₁中的RSSI₁、更新之后的第三定位元素E₃中的RSSI₃及预先存储的信号强度与椭圆方程参数的映射关系分别得到与所述RSSI₁对应的第一椭圆方程参数和与所述RSSI₃对应的第二椭圆方程参数；

依据所述第一椭圆方程参数及所述第一定位元素E₁中的旋转角度θ₁得到第一椭圆方程；

依据所述第二椭圆方程参数及所述第三定位元素E₃中的旋转角度θ₃得到第二椭圆方程。

3.根据权利要求1所述的基于RFID的室内定位方法，其特征在于，所述依据椭圆交点计算算法对所述第一椭圆方程和所述第二椭圆方程进行处理，得到相应的两个椭圆的交点的过程为：

S141：将自变量x的预设初始值分别代入所述第一椭圆方程和所述第二椭圆方程，得到与所述第一椭圆方程对应的两个根y₁₁和y₁₂，及与所述第二椭圆方程对应的两个根y₂₁和y₂₂；

S142：将所述y₁₁与所述y₂₁、所述y₁₁与所述y₂₂、所述y₁₂与所述y₂₁、所述y₁₂和所述y₂₂分别进行做差计算，得到各个差值，获取绝对值最小的差值Δy对应的两个点(x，y₁)和(x，y₂)；

S143：判断所述x是否达到预设阈值，如果是，则进入S144；否则，进入S145；

S144：采用预设增量对所述自变量x的预设初始值进行更新，并返回S141；

S145：将所有的Δy按照从小到大的顺序进行排序，并从最小的Δy起获取预设数量个Δy，每个Δy对应一个(x，y)，其中，y为与相应的Δy对应的y₁和y₂中随x变化的变化率较小的一个值；

S146：判断所述预设数量个Δy中是否存在Δy对应的点(x，y)中的y值大于最小的Δy对应的点(x₀，y₀)中的y₀值，且所述(x，y)与所述(x₀，y₀)之间的距离大于第二预设距离，如果是，则将所述(x，y)作为相应的两个椭圆的交点；否则，将所述(x₀，y₀)作为相应的两个椭圆的交点。

4.根据权利要求1所述的基于RFID的室内定位方法，其特征在于，还包括将所述交点对应的位置信息进行显示。

5.根据权利要求4所述的基于RFID的室内定位方法，其特征在于，还包括当扫描到所述标签时发出告警提示信息。

6.一种基于RFID的室内定位装置，其特征在于，包括：

控制模块，用于控制RFID天线以预设角速度进行旋转；

角度检测模块，用于获取所述RFID天线旋转至当前位置的旋转角度；

RFID读写器，用于对标签进行扫描，获取与所述旋转角度对应的标签信号强度；

椭圆方程确定模块，用于依据所述旋转角度、所述标签信号强度及旋转天线定位算法确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程；

交点计算模块，用于依据椭圆交点计算算法对所述第一椭圆方程和所述第二椭圆方程进行处理，得到相应的两个椭圆的交点；

判断模块，用于判断所述交点与原点之间的距离是否大于第一预设距离，如果是，则触发输出模块，否则，触发角度检测模块，以获取所述RFID天线旋转下一个位置时的旋转角度；

所述输出模块，用于输出所述交点；

所述椭圆方程确定模块具体用于依据所述旋转角度和所述标签信号强度得到新定位元素E_n(θ_n，RSSI_n)，其中，θ_n为所述旋转角度，RSSI_n为所述标签信号强度；判断所述标签信号强度是否在预设范围内，如果所述标签信号强度在预设范围内，将所述新定位元素E_n与预先存储的第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃进行比较，其中，E_i为(θ_i，RSSI_i)，i＝1,2,3，且θ₁、θ₂和θ₃互不相同，若所述旋转角度θ_n与其中一个旋转角度θ_i相同，则将与所述θ_i对应的RSSI_i更新为RSSI_n，采用更新之后的第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程；若所述旋转角度θ_n与任意一个旋转角度θ_i均不相同，则采用所述第二定位元素E₂更新第一定位元素E₁，采用所述第三定位元素E₃更新第二定位元素E₂，采用所述新定位元素E_n更新第三定位元素E₃，并执行采用更新之后的第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程的操作步骤；如果所述标签信号强度不在预设范围内，则采用预先存储的所述第一定位元素E₁、第二定位元素E₂及第三定位元素E₃确定与所述标签对应的第一椭圆方程和第二椭圆方程，其中，E_i为(θ_i，RSSI_i)，i＝1,2,3。

7.根据权利要求6所述的基于RFID的室内定位装置，其特征在于，所述装置还包括显示模块，用于将所述交点对应的位置信息进行显示。

8.根据权利要求7所述的基于RFID的室内定位装置，其特征在于，所述装置还包括告警模块，用于当扫描到所述标签时发出告警提示信息。

9.一种基于RFID的室内定位***，其特征在于，包括如权利要求6至8任意一项所述的基于RFID的室内定位装置。

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