[发明专利]一种基于反向散射技术的多副载波多址无源无线传感系统

说明书

本发明属于反向散射通信技术领域，具体为一种基于反向散射技术的多副载波多址无源无线传感系统，它使用一个无源无线传感器标签和一个读写器来支持来自多个传感器的并发数据流。读写器通过给传感器标签分配不同的副载波频率使每个传感器标签有一个独有的信道进行通信，从而实现同时采集多个传感器数据。该传感器标签包含标准标签、副载波产生电路、数据帧产生电路和传感器四个部分。标签通过接收阅读器的载波来生成稳定电压给标签和传感器供电，不需要外部电源。读写器配置标签的副载波时，标签会返回一段副载波，这样读写器和标签之间就形成了配置环路，多次配置可得到精准的副载波。阅读器可以给每个标签进行编组，被选中的标签接收到启动命令后就开始持续返回传感器数据。这里提到的传感器并不局限于传感器可以是任意数据源。本发明使得传感器标签得以芯片化。

技术领域

本发明属于反向散射通信技术领域，具体为一种基于反向散射技术的多副载波多址无源无线传感系统。

背景技术

结构健康监测（Structural Health Monitoring，SHM）一直是一个很热门的研究方向。SHM主要应用在对桥梁、建筑物、机械、航空航天器等结构的健康监测。这些应用场景与人们的生活密切相关，一旦出现结构的健康问题会直接导致许多人丧生,例如桥梁垮塌，飞机失事等。可见结构健康检测是十分必要且有重大意义的。

由于结构健康监测需要长时间监测，所以也需要考虑到安装和维护的成本。传统的结构健康监测一直使用有线连接传感器的方式，有线传感的方式尽管监测信号会很稳定，但是安装和后期维护成本会很高且安装不灵活，所以安装和维护成本较低且性能逐渐提高的无线传感网络(WSN)技术逐渐受到青睐。把传感器放置在结构的不同位置，将监测到的传感器数据通过无线传输的方式传输到接收机进而传给电脑端，电脑根据接收到的各个位置的传感器数据就可以判断结构是否存在安全隐患，评估结构的健康程度。

可以进行无线传感的方式有很多，比如蓝牙、反向散射、WIFI、移动通信网络，但是除了反向散射技术可以做到无电源，其余几种技术必须使用外部电源。在一些应用场景中，电池更换难度大或有的直接禁止使用，即使偶尔更换，也是出于安全考虑，特别是在航空航天领域。所以无外部电源的无线传感是发展趋势。

在结构健康监测应用或其他应用中，用到的无线传感大部分都是只能传感单个传感器，在接收一个传感器信息的同时无法接收其他传感器的信息，这就大大降低了传感系统的传感效率。另外，在很多情况下，计算某些技术参数需要用到不止一个传感器的信息，例如共振频率和共振振动模式就需要结合结构上多个位置同步的加速度信息进行互相关得到。因此，实现并行接收同步的多传感器数据流是十分有必要且有重要意义的。

反向散射技术中常用射频识别技术（ Radio Frequency Identification，RFID）有一个很重要的优点那就是每个标签有一个独一无二的电子产品编码（EPC），这就为并行接收多个传感器数据流的同时还能识别出每个传感器编号提供了技术支持。

很多学者都在研究如何实现无源无线且能接收并行数据流的传感系统，但大都只能实现无源无线传感系统，无法实现接收并行数据流的功能。日本庆应义塾大学（Keio）的auto-ID日本实验室使用类似于频分多址（FDMA）的多载波多址（multiple subcarriermultiple access, MSMA）技术，其思想就是为每个标签分配不同的副载波频率，每个副载波频率为一个通信信道。尽管他们实现了接收并行数据流的功能，仍然是仍然使用外部电源供电、无法对标签进行配置、且无法将传感器标签集成到芯片内。

基于上述问题，本发明提出了一种基于反向散射技术的多副载波多址无源无线传感系统。该系统不仅可以实现传感系统的无源、无线、高度集成化、接收并行同步数据流的功能，同时还实现了对传感器标签的副载波频率进行精确的校准、对传感器标签进行分组、使被选中的分组标签同时并行返回数据流、接收并行数据的同时还能通过每个电子产品编码识别出每个标签。

发明内容