[发明专利]一种基于非线性优化方法的RFID定位方法

说明书

本发明涉及一种基于非线性优化方法的RFID定位方法，包括下列步骤：第一步建立RFID相位模型；第二步代价函数设计：标签位置固定且未知，阅读器天线以确定的轨迹和速度运动形成合成孔径；利用相位差与距离差的关系，构建代价函数，将定位问题转化为求解优化问题，代价函数的最小值对应的解即为目标位置；第三步求解上述优化问题的最优解，得到待定位目标的位置。

技术领域

本发明涉及一种RFID定位方法。

背景技术

无源超高频RFID技术以其独特的优势(低功耗、电子标签的唯一性、标签数据的批量盘点)已经成为了物联网技术在工业上成功应用的典范。基于射频(RF)的定位技术在移动计算、资源管理和人机交互领域具有广阔的发展潜力，引起了业界极大的研究兴趣，并且部分理论已经转化为先进的应用系统。

合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨的雷达成像技术，其通过目标与雷达间的相对运动形成虚拟的天线阵列，可以取代大尺寸的阵列天线而达到理想的方位分辨率的效果。近年来，许多研究将SAR概念应用于RFID定位技术，利用射频标签与阅读器天线之间的相对运动来获取更多的采样信息，从而实现高精度的定位效果。

发明内容

本专利提供一种基于非线性优化方法的RFID定位方法，旨在利用现有的RFID设备，对贴有射频标签的物体实现精确定位。针对传统的基于时间测量的定位方法，如信号到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)等并不适用与带宽窄的RFID系统，本发明利用射频标签反向散射信号的相位信息，建立包含位置参数的代价函数，进而采用非线性优化的方法对其求解，最终给出待定位物体的位置信息。技术方案如下：

一种基于非线性优化方法的RFID定位方法，包括下列步骤：

第一步 建立RFID相位模型

阅读器控制天线向空间辐射射频信号，被选中标签的射频前端从电磁场中获得能量从而被激活，标签通过变换输入阻抗对反向散射信号进行调制进而将所储存的数据发送回阅读器，阅读器对反向散射信号进行解调后获得相位信息；设阅读器天线与标签间的距离为d，相位值为φ，为与硬件因素有关的相位偏移。

第二步 代价函数设计

标签位置固定且未知，阅读器天线以确定的轨迹和速度运动形成合成孔径；在运动过程中，阅读器随机访问标签，记录每个访问时刻t＝{t₀,t₁,...,t_i,...,t_N}和相位值阅读器天线初始位置z₀＝[x₀,y₀]已知，设阅读器沿着x轴运动，速度为v，则t_i时刻阅读器的位置表示为z_i＝[x_i,y_i]＝[x₀+v(t_i-t₀),0]，阅读器与标签的距离为d_i＝||z_i-z_t||₂，其中z_t＝[x_t,y_t]表示标签坐标；

将相位值φ重写成：

其中，k代表模糊的相位周期数；

为了消除与硬件有关的相位偏移以相邻两次的相位值作差，第i个相位差表示为：

Δφ_i＝φ_i+1-φ_i

Δk_i＝k_i+1-k_i