[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

说明书

本发明涉及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，包括标签运动模型建立阶段、相位展开阶段、相位组合阶段、消除固定频偏和最速下降法定位阶段。

技术领域

本发明属于RFID定位技术领域，针对利用沿已知轨迹移动的阅读器天线获得的标签相位信息来对标签进行高精度低延时定位问题。

背景技术

随着移动互联网和智能手机的普及，基于位置的服务(Location Based Service,LBS)得到了广泛的关注，带动了各种现代导航定位技术的发展。众所周知的室外定位技术GPS由于建筑物的遮挡等原因GPS系统不能够应用于室内定位。近年来出现了很多基于无线网络的室内定位技术，如WiFi定位、蓝牙定位、ZigBee定位和RFID定位等。而物联网技术的飞速发展使得RFID技术开始广泛应用于生产、物流及药品等的定位、追踪与回溯。在室内定位方面，RFID相比于其他定位方法除了具有低成本、定位精度高、识别速度快和抗干扰强等特点，还有非接触、非视距以及可以对多目标同时进行识别跟踪的优点，这使其逐渐成为室内定位的首选。

RFID的无线定位技术主要分为两种：一种是基于非测距方法，通常不需要确定的信号传播模型，在定位区域中预先布置大量参考标签，经过某种运算后筛选出位置相近的参考标签，用它们去确定最终定位坐标；另一种是基于测距的方法，根据信号传播模型确定人与多个无线点装置之间的距离，通过几何关系变换确定人员位置。基于测距的方法主要包括：AOA(Angle of Arrival)信号到达角度法、TOA(Time of Arrival)信号到达时间法、TDOA(Time Difference of Arrival)信号到达时间差法和RSSI(Received SignalStrength Indication)接收信号强度法。RSSI定位法通过信号强度与距离建立传播模型来估计接收的标签，这种方法功率低，成本低，无需额外的设备功能支持，然而信号能量信息在传播过程中除了距离因素还受非视距、多径等其他多种因素影响，导致其定位精度受限。TOA和TDOA定位法主要通过测量电磁波的传播时间来计算距离，这种方法对于硬件设施的时钟同步有要求或者需要精确的参考时间。AOA定位法主要通过阅读器的天线阵列来测量标签信号的到达方向，这种方法需要功能特殊的天线阵列，准确度受限于设备性能，成本也相对较高。

而在标签与阅读器存在相对移动的场景中，合成孔径技术可以利用天线与目标之间的相对移动形成虚拟天线阵列，通过多个采样相位值的相干叠加来确定目标位置，从而具有良好的抗噪声和多径干扰的能力，能够提高定位精度。并且适用于手持式设备等独特的动态应用场景，也不需要额外布置参考标签和费时的校准阶段。同时成本相对较低，仅用商用设备就可以实现定位。传统的SAR方法使用网格匹配方法，这种方法的定位精度受网格密度的影响，并且需要很长的计算时间。因此，本发明涉及一种基于运动模型和合成孔径的RFID标签定位方法，目的在于克服现有的SAR网格匹配定位方式受网格密度的影响并且计算时间长的缺点。

发明内容

本发明涉及一种基于运动模型和合成孔径的RFID标签定位方法，目的在于克服现有的SAR网格匹配定位方式受网格密度的影响并且计算时间长的缺点，分析SAR场景的运动模型，将凸优化策略引入目标定位的过程，对采集到的相位信息进行相位展开、相位组合、消除固定频偏，最后使用最速下降法进行对相似度函数的最优化估计。最终实现高精度、极低计算时间的定位。技术方案如下：

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：