[发明专利]一种基于运动模型与合成孔径的RFID标签定位方法

权利要求书

1.一种基于运动模型与合成孔径的RFID标签定位方法，设标签的初始位置即要定位的位置是p₀＝[x₀,y₀]，标签的速度是v，定位步骤如下：

(1)运动模型阶段：

1)阅读器在N个不同的时间执行盘问过程，p_n＝[x_n,y_n]表示第n次盘问时标签的位置，第n次盘问时标签和静止的读取器天线之间的相对距离表示为：

d_n＝||p_a-p_n||

其中p_a是天线位置,||·||是取模函数；

2)设r表示天线垂直于标签移动方向的长度，ξ_n是从d_n减去r后的长度，称之为剩余距离，将天线向运动轨迹的垂线的垂直点的位置称为p_v，l表示p₀和p_v之间的距离，s_n表示标签从第一次盘问到第n次盘问的位移，得到运动模型：

(2)相位展开阶段

1)利用相位偏移信息来定位标签，数据处理的第一步是相位展开：

其中，是测得的相位,n＝1,2,...,N，φ_n是相位展开后的相位,n＝1,2,...,N，|·|是绝对值函数，[·]是取整函数；sign(·)是阶跃函数；通过相位展开，可以解决测得相位数据的跳变问题；

(3)相位组合阶段：

1)在天线阵列中选择一个天线作为中心天线，在要连接的两个天线中，靠近中心天线的天线称为主要天线，另一个称为次要天线，设第w个天线收集的数据为：

其中，ψ_w是将第w个天线测得的相位进行相位展开后的相位序列，S_w是第w个天线测得的位移序列，φ_w,n,n＝1,2,...,N是将第w个天线测得的相位进行相位展开后的相位，s_w,n,n＝1,2,...,N是第w个天线测得的位移，T是转置符号；

2)若要将第m和第m-1个天线测得的相位连接在一起，首先，更新S_m-1的值：

其中d_a,m,m-1＝||p_a,m-p_a,m-1||，S_m-1'为更新后的位移序列；

3)将这两个天线的初始相位差称为Δφ_m,m-1，构建代价函数

其中，∑·为求和函数，I为在两天线的重合范围中的测量次数，和表示重合范围中的第i个由第m-1个天线测得的位移数据两侧的第m个天线测得的位移数据，和则为其对应的相位数据；为重合范围中的第i个由第m-1个天线测得的相位数据；(·)²为平方符号；

4)通过最小化成本函数J来计算初始相位差：

其中为预测符号，arg min为求最小值函数；通过计算得到初始相位差，以解决不同天线的初始相位差异问题，进而进行相位组合；

(4)消除固定相位偏移阶段：

1)展开后的相位仍包含模糊的周期数，由r引起的固定相位偏移通过以下方式消除

φ_r,n＝φ_n-φ_min

φ_r,n为消除了固定相位偏移后的相位；φ_min为测得相位数据中的最小值；通过以上所有的处理，我们得到一个最低点值为0的曲线，它消除了模糊信息并保留了曲线的形状；

(5)最速下降法定位阶段：

1)通过上述数据处理，得到相位序列ψ_r＝[φ₁,φ₂,...,φ_N]^T和位移序列S＝[s₁,s₂,...,s_N]^T，进而得到剩余距离序列Ξ＝[ξ₁,ξ₂,...,ξ_N]^T，通过：

2)根据Cauchy-Schwarz不等式，构造相似度函数

其中·,·为内积符号，||·||₂为2-范数符号；

3)由于||Ξ||₂是不变量，相似度函数简化为

其中

4)通过最速下降法得到估计的未知量和

其中arg max为求最大值符号；

5)获得标签位置：

其中x_a,c和y_a,c分别表示天线阵列中中心天线的x和y坐标。