專利名稱：基于射頻識別的小空間區(qū)域內(nèi)高精度三維定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻識別技術(shù)領(lǐng)域的定位裝置，具體是一種基于射頻識別 的小空間區(qū)域內(nèi)高精度三維定位裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的定位技術(shù)多采用到達(dá)時間差(TD0A)的技術(shù)，例如全球定位系統(tǒng)(GPS) 依靠多顆衛(wèi)星信號的接收時間差來進(jìn)行定位。但該類技術(shù)受到制造工藝以及環(huán)境 的影響，在小空間區(qū)域和近傳輸距離的條件下，無法得到精確的時間差，精度很 難達(dá)到厘米級。另一方面，射頻標(biāo)簽(射頻識別)技術(shù)趨向于成熟，已經(jīng)有不少用 于定位領(lǐng)域的，但都是大空間區(qū)域的，例如辦公人員的室內(nèi)定位、地下礦井的人 員定位等。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?00710058162.0，公開號 CN101089654A，記載了一種"基于相位差測距的射頻識別無線定位方法"，該技 術(shù)提出"將射頻標(biāo)簽縛在待測目標(biāo)處，每個閱讀器各自的位置以及相互之間的距 離已知，各個閱讀器通過各自的天線發(fā)射電磁波，各自發(fā)射的電磁波被所述射頻 標(biāo)簽反射后又分別被各自的閱讀器所接收，通過測量每個閱讀器所發(fā)射的電磁波 的發(fā)射相位和接收相位之間的相位差，確定射頻標(biāo)簽分別與每個閱讀器之間的距 離，再根據(jù)閱讀器與射頻標(biāo)簽之間的幾何關(guān)系，求出射頻標(biāo)簽的位置"。該技術(shù) 雖然采用了射頻識別，而且區(qū)域也比較小，但是計算定位的方法仍然受到制造工 藝和環(huán)境影響，很難在復(fù)雜環(huán)境中對物體進(jìn)行定位。
又經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，專利申請?zhí)?00520122463. 1，公開號CN2919567A，記載了 一種"射頻識別天線定位矩陣"，該技術(shù)一種射頻識別天線定位矩陣由nXm個參 數(shù)一致的、射頻識別讀卡器的天線單元在同一平面上均勻排列而成，當(dāng)射頻識別 標(biāo)簽靠近某個天線單元時，這個天線單元感應(yīng)到標(biāo)簽的電磁波，相應(yīng)的橫線和縱 線輸出電磁波信號。結(jié)合矩陣處理器、讀卡器和顯示器可實(shí)現(xiàn)對標(biāo)簽的定位。雖 然該技術(shù)采用了天線陣列來定位，但是只適用于電磁波能量衰減恒定的環(huán)境中， 而對于體內(nèi)膠囊定位等復(fù)雜環(huán)境中物體的定位也是無法實(shí)現(xiàn)的。公開號CN101135728A "射頻識別定位發(fā)射接收裝置、系統(tǒng)和方法"以及公 開號CN2924487A "利用射頻識別(射頻識別)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的機(jī)動車輛定位導(dǎo)航裝 置"，該技術(shù)雖然利用射頻識別，但是缺陷也是只能定位精度要求不高的大范圍 內(nèi)的物體，無法適用于高精度的小空間區(qū)域的物體定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于射頻識別的小空間區(qū)域 內(nèi)高精度三維定位裝置，本發(fā)明利用基于發(fā)射天線方向圖三維投影重建的定位方 法使定位精度達(dá)到厘米級，并能實(shí)時顯示待定位物體的三維坐標(biāo)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明包括射頻識別標(biāo)簽組件、定位
識別閱讀器和數(shù)據(jù)處理終端，其中定位識別閱讀器通過無線傳輸與射頻識別標(biāo)
簽組件連接以接收反饋信號或發(fā)送激勵信號，定位識別閱讀器通過串行數(shù)據(jù)傳輸 線與數(shù)據(jù)處理終端連接以發(fā)送天線陣列位置信息或接收定位指令。
所述的射頻識別標(biāo)簽組件包括射頻識別標(biāo)簽、標(biāo)簽阻抗匹配電路、射頻
直流轉(zhuǎn)換電路、標(biāo)簽穩(wěn)壓電路、標(biāo)簽控制電路、標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路、數(shù)字開關(guān)電路和電池，其中射頻識別標(biāo)簽的輸入端與數(shù)字開關(guān)電路的輸出端相連，射 頻識別標(biāo)簽的輸出端與標(biāo)簽阻抗匹配電路輸入端相連，標(biāo)簽阻抗匹配電路、射頻 直流轉(zhuǎn)換電路和標(biāo)簽穩(wěn)壓電路依次串聯(lián)，將射頻識別標(biāo)簽輸出的電壓依次轉(zhuǎn)換為 射頻電壓和直流電壓并輸出至標(biāo)簽控制電路，標(biāo)簽控制電路的輸出端分別連接至 數(shù)字開關(guān)電路和標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路，電池的輸出端分別連接至標(biāo)簽控制電 路、數(shù)字開關(guān)電路和標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路。
所述的標(biāo)簽阻抗匹配電路使射頻識別標(biāo)簽接收到的射頻信號能量有效的從
射頻識別標(biāo)簽傳送到射頻直流轉(zhuǎn)換電路的RF輸入端，從而使射頻識別標(biāo)簽組件
的接收效率達(dá)到最高。
所述的射頻直流轉(zhuǎn)換電路把接收到的射頻信號電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。 所述的標(biāo)簽穩(wěn)壓電路使射頻直流轉(zhuǎn)換電路輸出的幅值在一定范圍內(nèi)變化的 直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉捣€(wěn)定的直流電壓輸出。
所述的標(biāo)簽控制電路檢測標(biāo)簽穩(wěn)壓電路輸出的直流電壓值，當(dāng)標(biāo)簽穩(wěn)壓電 路輸出到標(biāo)簽控制電路的直流電壓值達(dá)到標(biāo)簽控制電路邏輯高電平電壓范圍時， 標(biāo)簽控制電路向數(shù)字開關(guān)電路發(fā)送控制信號，使數(shù)字開關(guān)電路閉合，此時射頻識 別標(biāo)簽組件向外發(fā)射標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路輸出的射頻信號。所述的標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路產(chǎn)生標(biāo)簽向閱讀器反饋的射頻信號。
所述的電池給標(biāo)簽控制電路、數(shù)字開關(guān)路和標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路供電， 使得標(biāo)簽控制電路、數(shù)字開關(guān)電路和標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路不需要借助接收到的 射頻信號的能量來工作，使得射頻識別標(biāo)簽組件的工作距離可以達(dá)到更遠(yuǎn)。
所述定位識別閱讀器，包括閱讀器天線陣列、多端口選擇電路、閱讀器 阻抗匹配電路、閱讀器轉(zhuǎn)換電路、閱讀器穩(wěn)壓電路、閱讀器振蕩信號發(fā)生電路、 閱讀器中央芯片和電源，其中閱讀器天線陣列和多端口選擇電路雙向連接以傳 輸射頻信號，多端口選擇電路分別與閱讀器振蕩信號發(fā)生電路和閱讀器阻抗匹配 電路相連接以分別輸出激勵信號或反饋信號，閱讀器阻抗匹配電路依次串聯(lián)閱讀 器轉(zhuǎn)換電路和閱讀器穩(wěn)壓電路，將反饋信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉捣€(wěn)定的直流電壓輸出，閱 讀器中央芯片的輸入端與閱讀器穩(wěn)壓電路的輸出端相連接以接收幅值穩(wěn)定的直 流電壓并將天線陣列位置信息傳輸給數(shù)據(jù)處理終端，電源的輸出端分別連接至閱 讀器振蕩信號發(fā)生電路、閱讀器中央芯片和多端口選擇電路。
所述的閱讀器天線陣列為三維立體結(jié)構(gòu)，各天線之間的水平距離和垂直距 離根據(jù)定位精度要求設(shè)定，對于厘米級的精度要求， 一般為5 10厘米。待定位 物體處于三維天線陣列之內(nèi)。該閱讀器天線陣列以輪詢方式向標(biāo)簽發(fā)射射頻激勵 信號并接收射頻識別標(biāo)簽組件發(fā)射的反饋射頻信號。
所述的多端口選擇電路以時間輪詢的方式選擇閱讀器天線陣列中的天線。
所述的閱讀器阻抗匹配電路使定位識別閱讀器接收到的反饋信號能量有效 的從閱讀器天線陣列傳送到閱讀器轉(zhuǎn)換電路的RF輸入端，從而使定位識別閱讀 器組件的接收效率達(dá)到最高。
閱讀器轉(zhuǎn)換電路把接收到的射頻信號電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。
所述的閱讀器穩(wěn)壓電路使閱讀器轉(zhuǎn)換電路輸出的幅值在一定范圍內(nèi)變化的 直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉捣€(wěn)定的直流電壓輸出。
所述的閱讀器振蕩信號發(fā)生電路產(chǎn)生定位識別閱讀器向射頻識別標(biāo)簽組件 發(fā)射的激勵信號，輸出端與多端口選擇電路的輸入端相連。
所述的閱讀器中央芯片控制閱讀器天線陣列向外發(fā)射射頻信號，并檢測接 收到的直流電壓，同時將天線陣列位置信息傳輸給數(shù)據(jù)處理終端。
所述的數(shù)據(jù)處理終端包括控制模塊、交互模塊和位置中心尋找模塊，其 中控制模塊的輸入端和輸出端分別連接位置中心尋找模塊和交互模塊。交互模塊接受用戶的輸入并根據(jù)用戶的指令對閱讀器中央芯片進(jìn)行初始化和調(diào)用運(yùn)行 在控制模塊上的位置中心尋找模塊，計算后的三維坐標(biāo)通過交互模塊在控制模塊 上顯示。
所述的位置中心尋找模塊根據(jù)定位識別閱讀器傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理終端的閱讀 器天線陣列狀態(tài)信息和已知的天線陣列的坐標(biāo)，得到射頻識別標(biāo)簽組件在坐標(biāo)系 各維中的投影方向圖，并進(jìn)一步計算獲得射頻識別標(biāo)簽組件的三維坐標(biāo)。當(dāng)出現(xiàn) 由于環(huán)境的干擾等造成的檢測到標(biāo)簽的閱讀器天線的非規(guī)則分布時，則利用實(shí)驗(yàn) 得到的一些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，修正坐標(biāo)值。
本發(fā)明通過以下方式進(jìn)行工作將射頻識別標(biāo)簽組件縛在待定位物體上， 它監(jiān)聽來自定位識別閱讀器發(fā)射的激勵信號，并向定位識別閱讀器發(fā)射反饋信 號。定位識別閱讀器根據(jù)數(shù)據(jù)處理終端發(fā)送過來的定位指令向射頻識別標(biāo)簽組件 發(fā)射激勵信號，接收來自射頻識別標(biāo)簽組件發(fā)射的反饋信號，并把接收到反饋信 號的閱讀器天線陣列位置信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理終端。數(shù)據(jù)處理終端向定位識別閱 讀器發(fā)送控制指令，并接收定位識別閱讀器的傳輸來的天線陣列位置信息，通過 位置中心尋找模塊計算出待定位物體的三維空間坐標(biāo)。
本發(fā)明中首先通過閱讀器中央芯片控制天線陣列中的天線按照一定的延 時，依次向射頻識別標(biāo)簽組件發(fā)射一定頻率的射頻信號，每次發(fā)射后，將處于發(fā) 射狀態(tài)的閱讀器天線轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)；當(dāng)射頻識別標(biāo)簽組件檢測到來自閱讀器天線 的射頻信號時，射頻識別標(biāo)簽組件的狀態(tài)由接收狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)射狀態(tài)；當(dāng)射頻識別 標(biāo)簽組件向閱讀器發(fā)射反饋信號時，如果閱讀器天線陣列中的某個天線處于射頻 識別標(biāo)簽組件的工作范圍內(nèi)，該閱讀器天線就能夠檢測到射頻識別標(biāo)簽組件發(fā)射 的反饋信號；閱讀器通過串行傳輸線定時向數(shù)據(jù)處理終端傳輸一幀數(shù)據(jù)，把那些 檢測到射頻識別標(biāo)簽的閱讀器天線的天線陣列位置信息傳輸給數(shù)據(jù)處理終端；數(shù) 據(jù)處理終端根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，然后利用位置中心尋找模塊和已知的天線陣列坐標(biāo) 系，計算得出標(biāo)簽的三維坐標(biāo)，該坐標(biāo)信息最終在終端顯示。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以克服極端環(huán)境和制造工藝的影響，可以對任 意復(fù)雜環(huán)境中的物體進(jìn)行高精度定位，提供厘米級的定位精度，而且靈活便攜， 適合人體內(nèi)部移動定位。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為射頻識別標(biāo)簽組件示意圖。 圖3為定位識別閱讀器模塊框圖。 圖4為閱讀器天線陣列結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方 案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例包括射頻識別標(biāo)簽組件、定位識別閱讀器和數(shù)據(jù) 處理終端，其中定位識別閱讀器通過無線傳輸與射頻識別標(biāo)簽組件連接以接收
反饋信號或發(fā)送激勵信號，定位識別閱讀器通過串行數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)據(jù)處理終端 連接以發(fā)送天線陣列位置信息或接收定位指令。
如圖2所示，所述的射頻識別標(biāo)簽組件包括射頻識別標(biāo)簽、標(biāo)簽阻抗匹 配電路、射頻直流轉(zhuǎn)換電路、標(biāo)簽穩(wěn)壓電路、標(biāo)簽控制電路、標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生 電路、數(shù)字開關(guān)電路和電池，其中射頻識別標(biāo)簽的輸入端與數(shù)字開關(guān)電路的輸 出端相連，射頻識別標(biāo)簽的輸出端與標(biāo)簽阻抗匹配電路輸入端相連，標(biāo)簽阻抗匹 配電路、射頻直流轉(zhuǎn)換電路和標(biāo)簽穩(wěn)壓電路依次串聯(lián)，將射頻識別標(biāo)簽輸出的電 壓依次轉(zhuǎn)換為射頻電壓和直流電壓并輸出至標(biāo)簽控制電路，標(biāo)簽控制電路的輸出 端分別連接至數(shù)字開關(guān)電路和標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路，電池的輸出端分別連接至 標(biāo)簽控制電路、數(shù)字開關(guān)電路和標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路。
所述的標(biāo)簽阻抗匹配電路使射頻識別標(biāo)簽組件接收到的射頻信號能量有效 的從射頻識別標(biāo)簽傳送到射頻直流轉(zhuǎn)換電路的RF輸入端，從而使射頻識別標(biāo)簽 組件的接收效率達(dá)到最高。
所述的射頻直流轉(zhuǎn)換電路把接收到的射頻信號電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。
所述的標(biāo)簽穩(wěn)壓電路使射頻直流轉(zhuǎn)換電路輸出的幅值在一定范圍內(nèi)變化的 直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉捣€(wěn)定的直流電壓輸出。
所述的標(biāo)簽控制電路檢測標(biāo)簽穩(wěn)壓電路輸出的直流電壓值，當(dāng)標(biāo)簽穩(wěn)壓電 路輸出到標(biāo)簽控制電路的直流電壓值達(dá)到標(biāo)簽控制電路邏輯高電平電壓范圍時， 標(biāo)簽控制電路向數(shù)字開關(guān)電路發(fā)送控制信號，使數(shù)字開關(guān)電路閉合，此時射頻識 別標(biāo)簽組件向外發(fā)射標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路輸出的射頻信號。
所述的標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路產(chǎn)生標(biāo)簽向閱讀器反饋的射頻信號。所述的電池給標(biāo)簽控制電路、數(shù)字開關(guān)路和標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路供電， 使得標(biāo)簽控制電路、數(shù)字開關(guān)電路和標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路不需要借助接收到的 射頻信號的能量來工作，使得射頻識別標(biāo)簽組件的工作距離可以達(dá)到更遠(yuǎn)。
如圖3所示，所述定位識別閱讀器，包括閱讀器天線陣列、多端口選擇 電路、閱讀器阻抗匹配電路、閱讀器轉(zhuǎn)換電路、閱讀器穩(wěn)壓電路、閱讀器振蕩信 號發(fā)生電路、閱讀器中央芯片和電源，其中閱讀器天線陣列和多端口選擇電路 雙向連接以傳輸射頻信號，多端口選擇電路分別與閱讀器振蕩信號發(fā)生電路和閱 讀器阻抗匹配電路相連接以分別輸出激勵信號或反饋信號，閱讀器阻抗匹配電路 依次串聯(lián)閱讀器轉(zhuǎn)換電路和閱讀器穩(wěn)壓電路，將反饋信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉捣€(wěn)定的直流 電壓輸出，閱讀器中央芯片的輸入端與閱讀器穩(wěn)壓電路的輸出端相連接以接收幅 值穩(wěn)定的直流電壓并將天線陣列位置信息傳輸給數(shù)據(jù)處理終端，電源的輸出端分 別連接至閱讀器振蕩信號發(fā)生電路、閱讀器中央芯片和多端口選擇電路。
所述的多端口選擇電路以時間輪詢的方式選擇閱讀器天線陣列中的天線。
所述的閱讀器阻抗匹配電路使定位識別閱讀器接收到的反饋信號能量有效 的從閱讀器天線陣列傳送到閱讀器轉(zhuǎn)換電路的RF輸入端，從而使定位識別閱讀 器組件的接收效率達(dá)到最高。
所述的閱讀器轉(zhuǎn)換電路把接收到的射頻信號電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。
所述的閱讀器穩(wěn)壓電路使閱讀器轉(zhuǎn)換電路輸出的幅值在一定范圍內(nèi)變化的 直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉捣€(wěn)定的直流電壓輸出。
所述的閱讀器振蕩信號發(fā)生電路產(chǎn)生定位識別閱讀器向射頻識別標(biāo)簽組件 發(fā)射的激勵信號，輸出端與多端口選擇電路的輸入端相連。
所述的閱讀器中央芯片控制閱讀器天線陣列向外發(fā)射射頻信號，并檢測接 收到的直流電壓，同時將天線陣列位置信息傳輸給數(shù)據(jù)處理終端。
所述的數(shù)據(jù)處理終端包括控制模塊、交互模塊和位置中心尋找模塊，其 中控制模塊的輸入端和輸出端分別連接位置中心尋找模塊和交互模塊。交互模 塊接受用戶的輸入并根據(jù)用戶的指令對閱讀器中央芯片進(jìn)行初始化和調(diào)用運(yùn)行 在控制模塊上的位置中心尋找模塊，計算后的三維坐標(biāo)通過交互模塊在控制模塊 上顯示。
所述的位置中心尋找模塊根據(jù)定位識別閱讀器傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理終端的閱讀 器天線陣列狀態(tài)信息和已知的天線陣列的坐標(biāo)，得到射頻識別標(biāo)簽組件在坐標(biāo)系各維中的投影方向圖，并進(jìn)一步計算獲得射頻識別標(biāo)簽組件的三維坐標(biāo)。當(dāng)出現(xiàn) 由于環(huán)境的干擾等造成的檢測到標(biāo)簽的閱讀器天線的非規(guī)則分布時，則利用實(shí)驗(yàn) 得到的一些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，修正坐標(biāo)值。
如圖4所示，所述的閱讀器天線陣列為三維立體結(jié)構(gòu)。在初步的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 中，采用了高60厘米、長60厘米、寬60厘米的立方體結(jié)構(gòu)，間隔大約5厘米 放置微型天線。三維結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤詈吞炀€間距可根據(jù)具體定位環(huán)境及實(shí)現(xiàn)技術(shù) 進(jìn)行調(diào)整。天線陣列中各天線之間的水平距離和垂直距離根據(jù)定位精度要求設(shè) 定，對于厘米級的精度要求，可以將各天線之間的水平距離和垂直距離設(shè)為5 厘米，則定位精度在3厘米之內(nèi)。該精度在同類設(shè)計中已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先程度。 對于更高的精度要求，則通過提高射頻標(biāo)簽的工作頻率，縮小天線尺寸來達(dá)到更 高的定位精度。天線陣列中各天線分別通過射頻電纜連接到閱讀器多端口選擇電 路。天線陣列接收到的射頻信號通過射頻電纜傳輸?shù)介喿x器，閱讀器振蕩信號發(fā) 生電路產(chǎn)生的射頻信號也通過射頻電纜傳輸給閱讀器天線陣列。待定位物體處于 三維天線陣列之內(nèi)。該閱讀器天線陣列以輪詢方式向標(biāo)簽發(fā)射射頻激勵信號并接 收射頻識別標(biāo)簽組件發(fā)射的反饋射頻信號。
所述的數(shù)據(jù)處理終端包括控制模塊、交互模塊和位置中心尋找模塊，其 中控制模塊的輸入端和輸出端分別連接位置中心尋找模塊和交互模塊。交互模 塊接受用戶的輸入并根據(jù)用戶的指令對閱讀器中央芯片進(jìn)行初始化和調(diào)用運(yùn)行 在控制模塊上的位置中心尋找模塊，計算后的三維坐標(biāo)通過交互模塊在控制模塊 上顯示。
所述的位置中心尋找模塊根據(jù)定位識別閱讀器傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理終端的閱讀 器天線陣列狀態(tài)信息和已知的天線陣列的坐標(biāo)，得到射頻識別標(biāo)簽組件發(fā)射的信 號在坐標(biāo)系各維中的投影方向圖，然后通過軟件解算出標(biāo)簽的三維坐標(biāo)。具體實(shí)
施如下 一、建立閱讀器的三維天線陣列坐標(biāo)，然后根據(jù)閱讀器得到的天線陣列
狀態(tài)形成標(biāo)簽發(fā)射的信號在該天線陣列坐標(biāo)的方向圖投影；二、根據(jù)已知的射頻
識別標(biāo)簽信號的三維方向圖的特征，計算射頻識別標(biāo)簽發(fā)射信號的三維方向圖在 天線陣列坐標(biāo)上的理論投影形狀；如果該理論投影形狀與步驟一中得到的實(shí)際方
向圖投影重合，則根據(jù)反向投影理論計算出信號源的位置、即射頻識別標(biāo)簽中心 的三維坐標(biāo)；三、若不匹配，則可以通過計算三維天線陣列坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)和平移， 找到合適的理論投影形狀匹配實(shí)際的方向投影圖，最后根據(jù)反向投影理論解算出射頻識別標(biāo)簽中心的三維坐標(biāo)。
射頻識別標(biāo)簽組件縛在待定位物體上，它監(jiān)聽來自定位識別閱讀器發(fā)射的 激勵信號，并向定位識別閱讀器發(fā)射反饋信號。定位識別閱讀器根據(jù)數(shù)據(jù)處理終 端發(fā)送過來的定位指令向射頻識別標(biāo)簽組件發(fā)射激勵信號，接收來自射頻識別標(biāo) 簽組件發(fā)射的反饋信號，并把接收到反饋信號的閱讀器天線陣列位置信息傳輸?shù)?數(shù)據(jù)處理終端。數(shù)據(jù)處理終端向定位識別閱讀器發(fā)送控制指令，并接收定位識別 閱讀器的傳輸來的天線陣列位置信息，通過位置中心尋找模塊計算出待定位物體 的三維空間坐標(biāo)。
用戶在交互模塊中輸入控制指令，指揮定位識別閱讀器對待定位物體進(jìn)行 定位，定位過程中接收定位識別閱讀器傳輸過來包含有待定位物體位置信息的數(shù) 據(jù)，然后通過運(yùn)行在控制終端上的位置中心尋找模塊計算出待定位物體的三維坐 標(biāo)，定位結(jié)果通過交互模塊在控制終端中顯示。
權(quán)利要求
1、一種基于射頻識別的小空間區(qū)域內(nèi)高精度三維定位裝置，其特征在于，包括射頻識別標(biāo)簽組件、定位識別閱讀器和數(shù)據(jù)處理終端，其中定位識別閱讀器通過無線傳輸與射頻識別標(biāo)簽組件連接以接收反饋信號或發(fā)送激勵信號，定位識別閱讀器通過串行數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)據(jù)處理終端連接以發(fā)送天線陣列位置信息或接收定位指令。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻識別的小空間區(qū)域內(nèi)高精度三維定位裝 置，其特征是，所述的射頻識別標(biāo)簽組件包括射頻識別標(biāo)簽、標(biāo)簽阻抗匹配電 路、射頻直流轉(zhuǎn)換電路、標(biāo)簽穩(wěn)壓電路、標(biāo)簽控制電路、標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路、 數(shù)字開關(guān)電路和電池，其中射頻識別標(biāo)簽的輸入端與數(shù)字開關(guān)電路的輸出端相 連，射頻識別標(biāo)簽的輸出端與標(biāo)簽阻抗匹配電路輸入端相連，標(biāo)簽阻抗匹配電路、 射頻直流轉(zhuǎn)換電路和標(biāo)簽穩(wěn)壓電路依次串聯(lián)，將射頻識別標(biāo)簽輸出的電壓依次轉(zhuǎn) 換為射頻電壓和直流電壓并輸出至標(biāo)簽控制電路，標(biāo)簽控制電路的輸出端分別連 接至數(shù)字開關(guān)電路和標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路，電池的輸出端分別連接至標(biāo)簽控制 電路、數(shù)字開關(guān)電路和標(biāo)簽振蕩信號發(fā)生電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻識別的小空間區(qū)域內(nèi)高精度三維定位裝 置，其特征是，所述定位識別閱讀器，包括閱讀器天線陣列、多端口選擇電路、 閱讀器阻抗匹配電路、閱讀器轉(zhuǎn)換電路、閱讀器穩(wěn)壓電路、閱讀器振蕩信號發(fā)生 電路、閱讀器中央芯片和電源，其中閱讀器天線陣列和多端口選擇電路雙向連 接以傳輸射頻信號，多端口選擇電路分別與閱讀器振蕩信號發(fā)生電路和閱讀器阻 抗匹配電路相連接以分別輸出激勵信號或反饋信號，閱讀器阻抗匹配電路依次串 聯(lián)閱讀器轉(zhuǎn)換電路和閱讀器穩(wěn)壓電路，將反饋信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉捣€(wěn)定的直流電壓輸 出，閱讀器中央芯片的輸入端與閱讀器穩(wěn)壓電路的輸出端相連接以接收幅值穩(wěn)定 的直流電壓并將天線陣列位置信息傳輸給數(shù)據(jù)處理終端，電源的輸出端分別連接 至閱讀器振蕩信號發(fā)生電路、閱讀器中央芯片和多端口選擇電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于射頻識別的小空間區(qū)域內(nèi)高精度三維定位裝 置，其特征是，所述的閱讀器天線陣列為三維立體結(jié)構(gòu)，待定位物體處于三維天 線陣列之內(nèi)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于射頻識別的小空間區(qū)域內(nèi)高精度三維定位裝 置，其特征是，所述的閱讀器天線陣列以輪詢方式向標(biāo)簽發(fā)射射頻激勵信號并接 收射頻識別標(biāo)簽發(fā)射的反饋射頻信號，同時所述的多端口選擇電路以時間輪詢的 方式選擇閱讀器天線陣列中的天線。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻識別的小空間區(qū)域內(nèi)高精度三維定位裝置，其特征是，所述的數(shù)據(jù)處理終端包括控制模塊、交互模塊和位置中心尋找 模塊，其中控制模塊的輸入端和輸出端分別連接位置中心尋找模塊和交互模塊， 交互模塊接受用戶的輸入并根據(jù)用戶的指令對閱讀器中央芯片進(jìn)行初始化和調(diào) 用運(yùn)行在控制模塊上的位置中心尋找模塊，計算后的三維坐標(biāo)通過交互模塊在控 制模塊上顯示。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于射頻識別的小空間區(qū)域內(nèi)高精度三維定位裝 置，其特征是，所述的位置中心尋找模塊根據(jù)定位識別閱讀器傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理終 端的閱讀器天線陣列狀態(tài)信息和已知的天線陣列的坐標(biāo)，得到射頻識別標(biāo)簽在坐 標(biāo)系各維中的投影方向圖，并進(jìn)一步計算獲得射頻識別標(biāo)簽的三維坐標(biāo)。
全文摘要
一種射頻識別技術(shù)領(lǐng)域的基于射頻識別的小空間區(qū)域內(nèi)高精度三維定位裝置，包括射頻識別標(biāo)簽組件、定位識別閱讀器和數(shù)據(jù)處理終端，其中定位識別閱讀器通過無線傳輸與射頻識別標(biāo)簽組件連接以接收反饋信號或發(fā)送激勵信號，定位識別閱讀器通過串行數(shù)據(jù)傳輸線與數(shù)據(jù)處理終端連接以發(fā)送天線陣列位置信息或接收定位指令。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以克服極端環(huán)境和制造工藝的影響，可以對任意復(fù)雜環(huán)境中的物體進(jìn)行高精度定位，提供厘米級的定位精度，而且靈活便攜，適合人體內(nèi)部移動定位。
文檔編號G01S7/03GK101598792SQ20091005432
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月2日
發(fā)明者侯金龍, 樂 張, 李智軍, 祝永新, 莫亭亭 申請人:上海交通大學(xué)