基于RFID相位信息的高精度相对定位技术研究

来源 :深圳大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:stanley45518501
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世纪之初,由于物联网(IOT,Internet of Things)和基于位置的服务(LBS,Location Based Services)的兴起,无线定位技术引起越来越多的关注。射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)技术由于其能在工业环境和商业系统中的大规模部署以及其无电池标签,低成本和可扩展性等优良特点,其相关的技术成果引起了人们的注意。在RFID定位技术领域已经有不少学者提出了研究工作,并在最近几年进行了不同的实践。但是基于RFID的定位效果可以很容易地受到信号波动和多径效应的影响,这导致了定位准确性的下降。许多目标定位的应用场景中相对于绝对位置来说,更关心和需要获取目标之间的相对位置,比如机场的行李转盘,和图书馆的书籍排序。虽然目前已经有不少基于射频识别标签的对象定位的方案被提出,但是大部分方案侧重于绝对对象定位,并且由于其所需的特殊硬件具有大的成本要求和误差边界,一般很难应用于相对对象定位;而少数涉及相对定位的方案又存在精度不高,鲁棒性差和扩展性差的问题。基于以上问题,本文提出一种基于RFID相位信息的相对定位方案,此方案的主要工作有如下几个方面:第一,针对定位过程中存在的环境噪声和定位系统的固有噪声对射频信号的干扰问题,设计了双窗口移动平均滤波法对原始的RFID相位数据进行预处理,降低噪音信号对相对定位结果的干扰;第二,针对RFID相位时间序列的形状特点,设计了改进的动态时间规整算法找到RFID读写器与标签相距最近时的相位时间序列上的特征相位区间,根据数据质量和特点使用特征点均值法、特征区域均值法和正反权值均值法找到标签与读写器相距最近时的时间戳,作为所有标签排序的标准,最终获得所有标签的先后顺序关系。第三,针对标签间距过近时标签之间信号的相互干扰和标签与读写器之间的垂直距离变化时特征相位区段形状也随之改变这两个因素导致的的定位准确率下降的问题,引入相关系数法和垂直距离自适应策略,显著提高了在相对复杂的环境下排序效果的准确性和稳定性。实验采用ImpinJ生产的R420读写器和UHF(超高频)无源标签,证明本文的方案有很高的定位精度,良好的稳定性和可扩展性。在室内无线相对定位应用中有较好的发展空间。
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