[发明专利]一种适于定向辐射场景的无源UHF RFID定位精度的评价方法

权利要求书

1.一种适于定向辐射场景的无源超高频RFID定位精度的评价方法，其具体步骤如下：

步骤1：以无源标签天线选用偶极子天线和阅读器天线选用传统微带天线为建模条件，建立适于无源UHF RFID定位的定向辐射场景；

步骤2：选取空间直角坐标系，确立无源标签天线的分立辐射增益模型：在上述分立辐射增益模型中，标签天线垂直于XO_TY面，天线的质心处于原点O_T上，O_T与空间中一点A构成射线矢量θ_T为Z轴到射线矢量的到角，φ_T为射线矢量在XO_TY面上投影后X轴到该投影的到角；

步骤3：选取空间直角坐标系，确立阅读器天线的分立辐射增益模型：在上述分立辐射增益模型中，最大辐射强度方向是天线面板的法线方向，阅读器天线处于YO_RZ面，天线质心处于原点O_R上，且天线法线方向与X轴正向重合，O_R与空间中一点A构成射线矢量θ_R为Z轴到射线矢量的到角，φ_R为射线矢量在XO_RY面上投影后X轴到该投影的到角；

步骤4：针对步骤1中的定向辐射场景，将阅读器和标签同时放入同一空间直角坐标系中，对步骤(2)和步骤(3)中的分立辐射增益模型进行更新修正；

步骤5：以标签天线坐标(x，y，z)表示标签空间位置，将标签置于XOY面且平行于X轴，令阅读器天线坐标为(x_i，y_i，z_i)，i∈[3，N]，根据实际情况简化模型参数，将系统中全部阅读器天线置于同一高度且令z＝0，则阅读器天线和标签间的空间距离可以表示为进一步，步骤2中θ_T可以更新为此时，步骤2中无源标签天线的分立辐射增益模型G_T(θ_T，φ_T)可以更新为G_T(x，y，x_i，y_i，z_i)；

步骤6：引入阅读器天线俯仰角θ_m修正阅读器天线的增益，设θ_m为天线法线方向和Z轴正方向的夹角，则步骤3中的θ_R和φ_R可以更新为进而可以将步骤3中阅读器天线的分立辐射增益模型G_R(θ_R，φ_R)更新为G_R(θ_m，x，y，x_i，y_i，z_i)；

步骤7：引入阅读器天线旋转角φ_m修正阅读器天线的增益，设φ_m为阅读器天线法线方向在XOY投影和X轴正方向的夹角，采用更新公式对阅读器和标签的相对位置关系进行修正，同时结合实际情况，令阅读器天线只对正前方辐射，将其后方的增益置零，令φ_R的有效范围为[-π/2，π/2]，引入门函数rect对阅读器天线有效辐射方向进行限定，进而可以将步骤6中的G_R(θ_m，x，y，x_i，y_i，z_i)进一步更新为G_R(θ_m，φ_m，x，y，x_i，y_i，z_i)；

步骤8：基于弗里斯功率损耗模型，阅读器获得的标签收信功率可以表示为P_R＝τμ_Tρ_LP_Tx|G_TG_RPL(d)|²|h|⁴|Γ|²，其中，G_T和G_R分别采用步骤5和步骤7中的表示式，是信道路径损耗，λ为电磁波波长，τ为调制效率，ρ_L为极化损耗，P_Tx为传输功率，Γ为微分反射系数，h为多径因子，根据实际情况在接收功率中加入高斯白噪声，构建基于N个阅读器的收信功率的观测矢量满足其中ω＝[ω₁，...，ω_i，...ω_N]^T，ω_i服从期望为0，方差为σ²的高斯分布，进而可将收信功率的似然函数表示为其中θ＝[x，y]；

步骤9：基于步骤8中的似然函数，可以获得θ的无偏估计均方根误差的克拉美罗界为[I(θ)]_xx和[I(θ)]_yy分别为收信功率P_R的费歇尔信息矩阵中的元素，费歇尔信息矩阵可以表示为

步骤10：根据公式计算获得矩阵中每个元素的表示式，对于[I(θ)]_xx有

对于[I(θ)]_yy有，

对于[I(θ)]_xy和[I(θ)]_yx分别有

其中X＝cosφ_m(x-x_i)+sinφ_m(y-y_i)，Y＝-sinφ_m(x-x_i)+cosφ_m(y-y_i)，

步骤11：依据步骤(10)获得的[I(θ)]_xx、[I(θ)]_xy、[I(θ)]_yx、[I(θ)]_yy的表达式，可以计算费歇尔信息矩阵的逆矩阵I(θ)^-1，进而可以获得以阅读器收信功率P_R作为观测量条件下的标签定位误差的克拉美罗下界，即系统的标签定位误差不会低于该克拉美罗下界的数值，以此可以精确评价定向辐射场景下的无源超高频RFID定位系统的定位精度。