[发明专利]一种基于无源超高频RFID定位系统的阅读器优化部署方法

摘要

本发明属于射频通信技术领域，涉及一种基于无源超高频RFID定位系统的阅读器优化部署方法，该方法的步骤为：分析阅读器发射能级与辐射半径的关系，依据LANDMARC算法原理构建基于定位耗时的目标适应值函数，以系统中各阅读器位置作为寻优变量，以目标适应值函数最小化作为寻优目标，采用典型粒子群算法搭建寻优粒子模型，引入模拟退火算法改善寻优粒子模型的局部搜索能力和全局搜索能力，从而确定各阅读器的最优部署方式。本方法的特点是，综合LANDMARC算法原理和无源RFID的识别机理，构建适于无源超高频RFID定位的系统耗时粒子寻优模型，获得的阅读器部署方式能够有效改善系统的定位效率。

主权项

一种基于无源超高频RFID定位系统的阅读器优化部署方法，包括下列步骤：步骤1：定位效率作为定位系统中的重要性能指标之一，通常以定位耗时作为评价标准，在无源超高频RFID定位系统中，阅读器以逐级递减功率发射能级的工作方式获取各标签的收信场强，阅读器的位置将直接决定读取全部标签所需的能级切换次数，从而影响系统的定位耗时，为了确定系统中各阅读器读取标签所需的能级切换次数，需结合Friss功率损耗模型，设定阅读器的发射功率P_t对应的最大辐射半径R、参考半径R₀、信号波长λ、路径损耗系数ε、无源标签激活门限值P_r、阅读器天线增益G_r、标签天线增益G_t、相邻功率发射能级的功率步长I_p、高斯分布的环境噪声X_σ，以建立阅读器的发射能级和辐射半径的关系步骤2：依据LANDMARC算法中阅读器发射能级逐级递减的工作原理和系统阅读器的典型并行工作模式，获取系统的单次定位耗时T_l＝max_u∈[1，U]T_u+C·t_c，其中t_c表示单个标签的定位耗时，T_u表示第u个阅读器获取C个定位标签的能级信息的综合耗时，U表示系统阅读器的数量，l为定位服务的次序号；步骤3：依据系统多次定位服务的平均定位耗时构建目标适应值函数F(Ω)，其中优化向量Ω表示各阅读器位置；步骤4：以目标适应值函数最小化作为优化目标，建立寻优模型 F(Ω)＝arg(min(T))，采用粒子群算法对寻优模型进行寻优，以均匀布设方式作为阅读器部署的初始状态，并生成初始粒子种群，定义各阅读器的初始优化速度和寻优半径，同时引入最大进化速度V_max提高优化效果，在目标函数中引入罚函数Q防止优化过程中阅读器的位置超出寻优半径的范围；步骤5：依据粒子群算法更新各阅读器的位置和优化速度，以第τ代繁殖为例，记录当前繁殖状态的种群局部极值的平均值F(Pbest^τ)_avg和全局极值F(Gbest^τ)，其中Pbest^τ、Gbest^τ分别表示第τ代繁殖的局部极值和全局极值对应的粒子状态，即一组系统阅读器的部署位置；步骤6：为进一步平衡粒子群算法的局部搜索能力和全局搜索能力，引入模拟退火算法动态地调整粒子速度更新权重，计算第τ次繁殖状态的退火温度ξ_τ＝[F(Pbest^τ)_avg/F(Gbest^τ)]‑1；步骤7：依据退火温度ξ_τ、当前繁殖状态的全局极值F(Gbest^τ)和前一代繁殖状态的全局极值F(Gbest^τ‑1)，计算第τ次迭代的退火概率p，若F(Gbest^τ‑1)≤F(Gbest^τ)，令p＝1，若F(Gbest^τ‑1)＞F(Gbest^τ)，令步骤8：依据当前繁殖状态的退火概率，调节粒子速度的更新权重ω，若p≥β，令ω＝α₁+0.5β，若p＜β，令ω＝α₂+0.5β，其中α₁和α₂固定参数，且满足0＜α₂＜α₁＜1，β为取值介于0和1的预设参数；步骤9：依据步骤8所选取的权重系数，执行步骤5进行下一代繁殖寻优实时更新粒子状态和速度，然后依次执行步骤6至步骤8依据种群实时状态进行权重系数的调整，当迭代次数达到预设的最大值或全 局极值满足预设的耗时要求时停止寻优；步骤10：以粒子群全局极值对应的粒子状态作为阅读器的最优部署方式，完成实际部署，结束寻优进程。