專利名稱：一種利用相控陣原理并結(jié)合rssi測(cè)距的定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超高頻射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用相控陣原理并結(jié)合 RSSI測(cè)距的定位裝置。
背景技術(shù)：
射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identif ication，簡(jiǎn)稱RFID)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它能夠進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)傳輸以達(dá)到識(shí)別和定位的目的。工作在超高頻段的射頻識(shí)別技術(shù)可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離、非視距的識(shí)別，并且識(shí)別過(guò)程無(wú)需人工操作，過(guò)程快捷方便。一般而言，超高頻的射頻識(shí)別技術(shù)識(shí)別距離可達(dá)到幾十米以上，并且可以在幾毫秒之內(nèi)得到厘米級(jí)定位精度的信息，且傳輸范圍很大，成本較低。同時(shí)，RFID標(biāo)簽具有防水防磁、 耐高溫、壽命長(zhǎng)、識(shí)別距離大等特點(diǎn)，另外，無(wú)源RFID標(biāo)簽具有無(wú)需外部供電的特點(diǎn)。由于射頻識(shí)別技術(shù)具有上述優(yōu)點(diǎn)，可望成為優(yōu)選的室內(nèi)定位技術(shù)。一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)由以下幾部分組成閱讀器(Reader)、天線和電子標(biāo)簽(Tag)。RFID系統(tǒng)的工作原理是閱讀器發(fā)射特定頻率的無(wú)線電波能量給標(biāo)簽，標(biāo)簽接收到射頻信號(hào)后，經(jīng)過(guò)一系列的數(shù)據(jù)處理與命令執(zhí)行過(guò)程，將自身內(nèi)部的數(shù)據(jù)發(fā)射回閱讀器，然后閱讀器便依照一定的次序接收并解讀數(shù)據(jù)，完成對(duì)標(biāo)簽的識(shí)別和定位。目前射頻識(shí)別定位技術(shù)使用的定位方法依據(jù)包括入射信號(hào)的強(qiáng)度值、角度值和時(shí)間差等。通過(guò)信號(hào)到達(dá)時(shí)間定位，是一種利用處理器記錄信號(hào)從標(biāo)簽發(fā)送到閱讀器接收到的時(shí)間，然后乘以信號(hào)的傳播速度來(lái)計(jì)算標(biāo)簽與閱讀器的距離，進(jìn)而確定標(biāo)簽位置的方法。 但是這種方法成本較高，主要是用在大范圍的定位，并不適合于空間狹小環(huán)境復(fù)雜的室內(nèi)定位。使用信號(hào)角度值進(jìn)行定位的原理是通過(guò)相鄰天線接收到的信號(hào)的相位差計(jì)算信號(hào)的入射角度。一般來(lái)說(shuō)，這種方法需要使用天線陣列進(jìn)行角度信息的獲取。但是這種方法如果想確定標(biāo)簽的二維坐標(biāo)位置，至少需要兩個(gè)天線陣列，硬件開(kāi)銷較大?；诮邮招盘?hào)的強(qiáng)度值的定位方法需要閱讀器提供接收到的射頻標(biāo)簽信號(hào)的強(qiáng)度值作為定位依據(jù)，即建立信號(hào)強(qiáng)度值同傳播距離的映射關(guān)系，就可以通過(guò)測(cè)量閱讀器接收到的射頻信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)值計(jì)算閱讀器與標(biāo)簽之間的距離，進(jìn)而確定標(biāo)簽的位置。但是這種方法如果想確定標(biāo)簽的二維坐標(biāo)位置，至少需要三個(gè)閱讀器。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對(duì)上述定位方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提供一種新的定位裝置， 利用相控陣天線原理獲取信號(hào)的入射角度，同時(shí)利用接收的強(qiáng)度值映射出閱讀器與標(biāo)簽距離，我們只需要一個(gè)閱讀器、一組相控陣天線就能與待定位的標(biāo)簽組成一種RFID定位裝置。為此，本發(fā)明提供了一種利用相控陣原理并結(jié)合RSSI測(cè)距的定位裝置，所述利用相控陣原理并結(jié)合RSSI測(cè)距的定位裝置包括閱讀器、與閱讀器對(duì)應(yīng)的無(wú)源電子標(biāo)簽和一組陣列天線，所述閱讀器包括數(shù)字基帶電路、發(fā)射端和接收端。
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優(yōu)選的，所述閱讀器的發(fā)射端包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、上變頻器、移相器、功率放大器和天線。優(yōu)選的，所述閱讀器的接收端包括天線、低噪聲放大器、移相器、下變頻器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。優(yōu)選的，所述閱讀器的型號(hào)是INTEL RlOOO0由以上本發(fā)明提供的技術(shù)方案可見(jiàn)，與現(xiàn)有的定位裝置相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果1.不需要使用測(cè)量相位差裝置，只使用相位差換算，降低設(shè)備復(fù)雜度，測(cè)量相位差沒(méi)有額外的硬件開(kāi)銷。2.用一組閱讀器可以實(shí)現(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)RSSI (Received Signal Strength hdicator，接收信號(hào)的強(qiáng)度指示)測(cè)距和測(cè)角，省去一組測(cè)角的閱讀器，既節(jié)省成本，又利于定位裝置的普及實(shí)現(xiàn)。3.通過(guò)增大天線的增益可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)增強(qiáng)，增大信號(hào)的輻射距離，而且由于實(shí)行波束控制，信號(hào)的輻射范圍并沒(méi)有減小，該裝置既可用于定位又能用于信號(hào)增強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明提供的一種利用相控陣原理并結(jié)合RSSI測(cè)距的定位裝置的電路原理圖。圖2為本發(fā)明提供的一種利用相控陣原理并結(jié)合RSSI測(cè)距的定位裝置的原理圖。
具體實(shí)施例方式為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。一種利用相控陣原理并結(jié)合RSSI測(cè)距的定位裝置，所述利用相控陣原理并結(jié)合 RSSI測(cè)距的定位裝置包括閱讀器、與閱讀器對(duì)應(yīng)的無(wú)源電子標(biāo)簽和一組陣列天線，所述閱讀器包括數(shù)字基帶電路、發(fā)射端和接收端。優(yōu)選的，所述閱讀器的發(fā)射端包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、上變頻器、移相器、功率放大器和天線。優(yōu)選的，所述閱讀器的接收端包括天線、低噪聲放大器、移相器、下變頻器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。優(yōu)選的，所述閱讀器的型號(hào)是INTEL RlOOO0閱讀器通過(guò)數(shù)字基帶電路進(jìn)行天線陣列的移相，完成方位角與移相角的映射，確定發(fā)送信號(hào)的方向波束角；另外，閱讀器還需要讀取標(biāo)簽發(fā)射回來(lái)的場(chǎng)強(qiáng)值，該場(chǎng)強(qiáng)主要是用于確定閱讀器與待定位標(biāo)簽的距離。閱讀器通過(guò)數(shù)字基帶電路的控制產(chǎn)生所需要的命令信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)DAC、上變頻器之后，移相器進(jìn)行相位的改變，相位的變化體現(xiàn)在天線發(fā)送端波束方向角的變化。即控制每個(gè)單元相位值就可以實(shí)現(xiàn)波束指向的控制，從而確定閱讀器與標(biāo)簽之間的方向角(α)。閱讀器的接收端則是對(duì)標(biāo)簽返回信息的捕獲，獲取標(biāo)簽發(fā)射回來(lái)的場(chǎng)強(qiáng)值。閱讀器把獲得的場(chǎng)強(qiáng)值經(jīng)過(guò)ADC的轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并送至數(shù)字基帶電路進(jìn)行處理，通過(guò)對(duì)該RSSI值擬合、映射之后得到閱讀器與標(biāo)簽之間的距離(S)。這種通過(guò)相CN 102520388 A說(shuō)明書(shū)3/3 頁(yè)
控陣天線測(cè)量方向角(α)并結(jié)合RSSI測(cè)距(S)的定位方法只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算就能鎖定待定位標(biāo)簽的具體坐標(biāo)。同時(shí)，通過(guò)使用高增益的閱讀器天線，即可增強(qiáng)天線的方向性，使得RFID系統(tǒng)的信號(hào)輻射距離更遠(yuǎn)，而且由于相控陣天線波束方向可控，RFID系統(tǒng)的信號(hào)輻射范圍并沒(méi)有減少，反而增大了。本發(fā)明不需要使用測(cè)量相位差裝置，只使用相位差換算，降低設(shè)備復(fù)雜度，測(cè)量相位差沒(méi)有額外的硬件開(kāi)銷；用一組閱讀器可以實(shí)現(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)RSSI測(cè)距和測(cè)角，省去一組測(cè)角的閱讀器，既節(jié)省成本，又利于定位裝置的普及實(shí)現(xiàn)；通過(guò)增大天線的增益可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)增強(qiáng)，增大信號(hào)的輻射距離，而且由于實(shí)行波束控制，信號(hào)的輻射范圍并沒(méi)有減小，該裝置既可用于定位又能用于信號(hào)增強(qiáng)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用相控陣原理并結(jié)合RSSI測(cè)距的定位裝置，其特征在于所述利用相控陣原理并結(jié)合RSSI測(cè)距的定位裝置包括閱讀器、與閱讀器對(duì)應(yīng)的無(wú)源電子標(biāo)簽和一組陣列天線，所述閱讀器包括數(shù)字基帶電路、發(fā)射端和接收端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用相控陣原理并結(jié)合RSSI測(cè)距的定位裝置，其特征在于所述閱讀器的發(fā)射端包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、上變頻器、移相器、功率放大器和天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用相控陣原理并結(jié)合RSSI測(cè)距的定位裝置，其特征在于所述閱讀器的接收端包括天線、低噪聲放大器、移相器、下變頻器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用相控陣原理并結(jié)合RSSI測(cè)距的定位裝置，其特征在于所述閱讀器的型號(hào)是INTEL RlOOO0
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用相控陣原理并結(jié)合RSSI測(cè)距的定位裝置，其涉及超高頻射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用相控陣原理并結(jié)合RSSI測(cè)距的定位裝置。所述利用相控陣原理并結(jié)合RSSI測(cè)距的定位裝置包括閱讀器、與閱讀器對(duì)應(yīng)的無(wú)源電子標(biāo)簽和一組陣列天線，閱讀器包括數(shù)字基帶電路、發(fā)射端和接收端。本發(fā)明主要通過(guò)相控陣天線確定閱讀器與待定位標(biāo)簽的方向角，再利用閱讀器讀取標(biāo)簽反射的場(chǎng)強(qiáng)值，映射出閱讀器與標(biāo)簽之間的距離，通過(guò)算法的運(yùn)算即可獲得電子標(biāo)簽的位置?？捎糜陂_(kāi)放場(chǎng)地或室內(nèi)環(huán)境下對(duì)目標(biāo)進(jìn)行追蹤定位。本發(fā)明由于引入了相控陣列天線，在提高天線增益的同時(shí)，既能提高輻射距離，同時(shí)也增大了輻射的范圍。該定位裝置具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單且定位范圍大的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S1/08GK102520388SQ20111036685
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者吳龍, 張世林, 毛陸虹, 胡焙劍, 謝生 申請(qǐng)人:天津大學(xué)