[发明专利]基于OFDM的RF标签室内定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于OFDM的RF标签定位方法，其特征在于，包括步骤：(1)RF读写器发射高功率纯载波信号，RF标签获取来自RF读写器的感应电流，为RF标签供能；(2)RF标签将存储的OFDM序列信息及标签身份信息调制至载波信号上，其中OFDM序列信号是由多个等间隔的子载波频率合成；(3)RF标签将已调信号从天线反向散射给位置测量单元LMU；(4)LMU将标签身份信息及OFDM序列信号从已调信号中解调出来，然后建立基于正交子载波联合的多天线角度估计模型，计算接收信号到达角AoA，从而估计RF标签所处角度，同时LMU利用解调的OFDM信号估计得到RF标签至LMU的粗距离，再利用反射径抑制算法进一步估计精距离；(5)联合RF标签到LMU的距离信息和RF标签相对LMU的角度信息，实现对RF标签的单站定位；

所述步骤(4)具体包括：LMU接收的多径OFDM信号，如以编号1的天线为参考阵元，得到接收信号的阵列流型为：其中，csi_k，1代表天线阵列中第k根天线在第一个频率下获取的信道状态信息，d表示阵列中天线的间隔，{θ₁，θ₂，θ₃，…θ_l}为接收信号中多条路径信号的入射角集合，c代表光速，α_i是路径i的路径系数，T_i是第i条路径到达阵元的飞行时间，f代表中心频率，j为虚数单位；LMU接收的多径OFDM信号，子载波之间的相位差表示为：f_i是第i个子载波频率；对于三通道三天线的测量矩阵，建立AOA与TOF的二维联合估计多径MUSIC传播模型：其中，α_i是路径i的路径系数，T_i是第i条路径到达阵元的飞行时间，以信道状态信息csi_1，1为参考，csi_i，j表示第i根天线在第j个频率处获得的信道状态信息，f代表中心频率，Δf代表频率间隔，d表示阵列中天线的间隔，{θ₁，θ₂，θ₃，…θ_l}为接收信号中多条路径信号的入射角，c代表光速；

进一步对MUSIC传播模型的相关矩阵进行二维空间平滑根据公式L_a＝M-M_sub+1计算天线可以滑动的次数，其中，物理天线数M，子阵中物理天线数M_sub，根据公式L_s＝N-N_sub+1计算子载波可以滑动的次数，其中，子阵中的子载波数为N_sub，子载波数为N，一共有L_a×L_s个子阵，第m×n个子阵的自相关矩阵R_m，n表示为：经过二维空间滑动后的自相关矩阵R_s表示为：其中，h_m，n为第m×n个子阵；对自相关矩阵R_s进行特征值分解，特征值由大到小进行排序，后N_sub-1个特征向量组成噪声特征向量矩阵E_N，a(θ)是信号子空间的方向矢量，则信号空间谱表示为：空间谱P(θ)最大值对应的角度为LMU接收信号的到达角θ。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)进一步包括：LMU对接收信号进行解调可获得OFDM序列的信道状态信息，即根据公式：使用导频信息X_k及解调后的OFDM信号导频信息Y_k获得该频率下的信道频率响应H_k(k＝1，2，3…K)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据公式：将在不同载频处的K个信道频率响应{H₁，H₂，…H_K}，使用分数傅里叶逆变换IFRFT将频域信号变换到时域，其中，T表示时域中信号的延迟，根据S(T)绘制延迟T的函数，延迟曲线出现多个峰值，每个峰值对应RFID信号所经过主要路径的时间；此处将第一个峰值对应的延时T乘以光速c作为RF标签到LMU的粗估计距离将所得的对应子载波信号的信道响应分别进行反射径抑制，从而获得其对应频点下准确的相位信息，进而求出这些频点对应的不足波长部分的距离值。