一種基于射頻識別技術的二維tdoa協(xié)作節(jié)點部署方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于移動通信【技術領域】，涉及一種基于射頻識別技術的二維TDOA協(xié)作節(jié)點部署方法。該方法以幾何精度稀釋因子最小化為目標，包括：依據(jù)閱讀器和標簽的既有位置關系，采用分步方式引入?yún)f(xié)作節(jié)點，以標簽的坐標為觀測向量，更新觀測向量的雅克比矩陣和協(xié)方差矩陣，獲取系統(tǒng)的幾何精度稀釋因子表達式，建立協(xié)作節(jié)點目標方位角的駐點求解方程，采用四元二次型轉(zhuǎn)換方法求解獲取全部駐點信息，選取取得幾何精度稀釋因子最小值對應的駐點作為協(xié)作節(jié)點的最優(yōu)布設方位。本發(fā)明能夠提升定位系統(tǒng)精度，實現(xiàn)協(xié)作節(jié)點的快速精確布設。
【專利說明】-種基于射頻識別技術的二維TDOA協(xié)作節(jié)點部署方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于移動無線通信【技術領域】，涉及一種基于射頻識別技術的二維TD0A協(xié) 作節(jié)點部署方法。

【背景技術】
[0002] 隨著移動通信網(wǎng)絡和近距離通信技術的廣泛應用，室內(nèi)無線定位技術獲得了廣泛 的應用空間，在軍事、醫(yī)療、物流等領域扮演者積極重要的角色。目前，兩種典型的室內(nèi)無線 定位技術分別是無線傳感器定位技術和射頻識別定位技術。其中，頻識別定位通過測量標 簽與多個閱讀器之間電波信號的傳輸特征信息（如時間、相位、幅度等），獲取標簽與多個 閱讀器的之間的空間位置信息，建立特征方程組，求解標簽的坐標位置。
[0003] 射頻識別定位技術采用的求解方案主要有收信場強法（ReceivedSignal StrengthIndicator，RSSI)、到達角度法（AngleOfArrival，A0A)、到達時間法（Time 0fArrival，T0A)、到達時間差法（TimeDifferenceOfArrival，TDOA)四種。相比于其他 求解方案，TDOA無需考慮環(huán)境復雜度對傳輸信道造成的影響、無需標簽和閱讀器之間的精 確時鐘，無需安裝昂貴的天線陣列，且具有良好的定位精度，優(yōu)勢明顯。
[0004] 近年來，將協(xié)作通信技術應用于射頻定位已經(jīng)成為業(yè)界提高射頻識別定位精度 和定位穩(wěn)定性的主流方法。射頻識別協(xié)作定位的核心思想是借助異構網(wǎng)絡體系，通過引 入額外的協(xié)作節(jié)點（如無線傳感器節(jié)點、超聲波節(jié)點、超寬帶節(jié)點）為射頻識別系統(tǒng)提供 定位輔助信息。研究表明，影響射頻識別協(xié)作定位系統(tǒng)性能的主要因素有射頻系統(tǒng)的硬 件性能以及協(xié)作節(jié)點的部署方式。業(yè)界常用幾何精度稀釋因子（GeometricDilutionOf Precision,⑶0P)反映節(jié)點分布對定位精度的影響。相關研究已證明，增加參與定位運算 的協(xié)作節(jié)點數(shù)量可以有效地降低⑶0P，針對T0A、A0A的協(xié)作節(jié)點優(yōu)化部署也已經(jīng)進入業(yè)界 研究的視線。
[0005] 需要指出，合理部署TD0A求解方案中的協(xié)作節(jié)點對于提高射頻識別的定位精度 也極具重要意義，但相關研究尚處于起步階段。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明需解決的問題是提供一種基于射頻識別技術的二維TD0A協(xié)作節(jié)點部署方 法
[0007] 基于該方法，定位系統(tǒng)能夠快速、準確地獲取多個協(xié)作節(jié)點的最優(yōu)布設方式及布 設位置，并有效降低移動臺的GD0P值，最大程度提升移動臺的定位精度。
[0008] 1、一種基于射頻識別技術的二維TD0A協(xié)作節(jié)點部署方法，包括下列步驟：
[0009] 步驟1 :射頻識別定位系統(tǒng)采用二維TD0A算法，擬引入W個協(xié)作節(jié)點提高定位精 度，采用分步部署方式，定義引入的第一個協(xié)作節(jié)點為首增協(xié)作節(jié)點，定義其他協(xié)作節(jié)點為 非首增協(xié)作節(jié)點，初始化節(jié)點計數(shù)器i= 1。
[0010] 步驟2 :定位系統(tǒng)收集標簽與N個閱讀器之間的測距信息1:，12, . . .，1N，設定各 閱讀器的時間測量信息相互獨立，閱讀器測量誤差均為零均值、誤差為4的隨機變量，所有

【權利要求】
1. 一種基于射頻識別技術的二維TDOA協(xié)作節(jié)點部署方法，包括下列步驟： 步驟1 :射頻識別定位系統(tǒng)采用二維TDOA算法，擬引入W個協(xié)作節(jié)點提高定位精度，采 用分步部署方式，定義引入的第一個協(xié)作節(jié)點為首增協(xié)作節(jié)點，定義其他協(xié)作節(jié)點為非首 增協(xié)作節(jié)點，初始化節(jié)點計數(shù)器i = 1 ; 步驟2:定位系統(tǒng)收集標簽與N個閱讀器之間的測距信息I1, I2，…，In，設定各閱讀 器的時間測量信息相互獨立，閱讀器測量誤差均為零均值、誤差為σ#的隨機變量，所有協(xié) 作節(jié)點測量誤差為零均值、誤差為的隨機變量，以標簽的坐標（X，y)為觀測向 量，引入首增協(xié)作節(jié)點并將其作為參考節(jié)點，構建二維TDOA協(xié)作定位系統(tǒng)的觀測向量期望 的雅克比矩陣Hn和協(xié)方差矩陣Q N; 步驟3 :計算并得到二維TDOA協(xié)作定位系統(tǒng)的幾何精度稀釋因子
均是關于首增協(xié)作節(jié)點布設方位角P1的函數(shù)，因此，Gtdm僅與β i有關； 步驟4:以Gtdqa最小化為目標，選取Gtdqa中與β i有關的部分，并建立目標函數(shù)Q(i3 J， 求解Q(P1)關于P1的一階偏導數(shù)函數(shù)g為
步驟5 :依據(jù)萬能公式，建立β i求解的六次目標方程其中，匕的 值與系統(tǒng)中閱讀器的布設方位有關；
步驟6 :通過四元二次型轉(zhuǎn)換方法求解六次目標方程，獲得Q(P1)的全部駐點，將全部 駐點分別代入Q(P1)，選取取得Q(P1)最小值對應的P1作為首增協(xié)作節(jié)點的最優(yōu)布設方 位/T ; 步驟7 :判斷節(jié)點計數(shù)器的值i和W的關系：若i彡W，更新節(jié)點計數(shù)器的值i = i+1， 更新N = N+1，跳轉(zhuǎn)至步驟2,更新系統(tǒng)的雅克比矩陣和協(xié)方差矩陣，逐個引入其他非首增協(xié) 作節(jié)點；若i > W，跳轉(zhuǎn)至步驟8 ;步驟8 :完成全部節(jié)點的布設，終止程序。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于射頻識別技術的二維TDOA協(xié)作節(jié)點部署方法，其特 征在于，步驟2中，依據(jù)Woodbury定理,^v1的表達式是：
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于二維TDOA定位系統(tǒng)的協(xié)作節(jié)點部署方法，其特征在 于，步驟2中，Gn、G12、G21、G22的表達式分別為 G11=N cos201-2Pcos31+(N+1)R-KP2; G12= Ncos β pir^fQcos β「Ρ Sir^1-KPQ+(NK+1) F ; G21= Ncos β ^in β ^Qcos β χ-Ρ sin β ^KPQ+(ΝΚ+1) F ； G22=N Sin2P1JQ Sir^1+(Ν+1) S-KQ2;
【文檔編號】G01S5/02GK104519570SQ201410809030
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權日:2014年12月17日
【發(fā)明者】史偉光, 馮鑫, 于洋, 李建雄 申請人:天津工業(yè)大學