一種利用移動rfid閱讀器對應(yīng)答器搜索和相對定位的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于射頻識別技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用移動RFID閱讀器對應(yīng)答器搜 索和相對定位的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隱蔽工程是指地基、電氣管線、供水供熱管線等需要覆蓋、掩蓋的工程。隨著射頻 識別技術(shù)的發(fā)展，低頻RFID應(yīng)答器越來越多地應(yīng)用到隱蔽工程中，用于標(biāo)識隱蔽工程中的 關(guān)鍵設(shè)施，防止關(guān)鍵設(shè)施被破壞，進(jìn)一步實現(xiàn)隱蔽資產(chǎn)的信息化管理，關(guān)鍵設(shè)施性能參數(shù)的 采集等。那么在一定的范圍內(nèi)，如何快速找到并準(zhǔn)確定位隱蔽工程中的標(biāo)識關(guān)鍵設(shè)施的應(yīng) 答器，并讀取其ID信息，是必須解決的問題。傳統(tǒng)的RFID的核心應(yīng)用是對應(yīng)答器ID的讀 取，沒有在一定區(qū)域內(nèi)對隱蔽的應(yīng)答器進(jìn)行搜索和準(zhǔn)確定位的能力。
[0003] 目前依賴于成功讀取到應(yīng)答器ID才能確定是否有應(yīng)答器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種利用移動RFID閱讀器對應(yīng)答器搜索和相對定位的方 法，旨在解決目前依賴于成功讀取到應(yīng)答器ID才能確定是否有應(yīng)答器，以及無法對隱蔽工 程中的應(yīng)答器進(jìn)行準(zhǔn)確定位的問題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：所述利用移動RFID閱讀器對應(yīng)答器搜索和相對定位的方 法包括：閱讀器周期性地發(fā)送探索載波信號，計算每個探索周期的返回信號強度RSS及環(huán) 境信號強度RSSe，用RSSe對RSS進(jìn)行修正，得到該探索周期應(yīng)答器返回的有效信號強度 RSSr，計算多個探索周期的有效信號強度的均值RSSa作為應(yīng)答器的返回信號強度，該RSSa 反映了閱讀器周圍是否存在應(yīng)答器及應(yīng)答器的相對位置；根據(jù)閱讀器穩(wěn)定后得到的RSSa， 通過查表或計算得到應(yīng)答器與閱讀器之間的距離，實現(xiàn)應(yīng)答器的準(zhǔn)確定位。
[0006] 進(jìn)一步，應(yīng)答器探索信號是閱讀器周期性地發(fā)射的一小段一小段的載波信號。每 個小段的載波周期數(shù)為N，每個小段之間的間隔為T，T和N均可由實驗確定：N的取值確保 應(yīng)答器天線感應(yīng)到足夠能量；T的取值要確保應(yīng)答器前一個探索周期的返回信號不會干擾 本周期信號強度信號的計算，即應(yīng)答器上一周期接收的能量已經(jīng)完全衰減。
[0007] 進(jìn)一步，所述閱讀器首先測量環(huán)境信號強度RSSe;然后發(fā)射N個周期的探測性 載波信號，再之后測量返回信號強度RSS，兩次測量方法相同，并構(gòu)成一個探索周期，根據(jù) RSSe和RSS得到該探索周期的有效信號強度RSSr。
[0008] 進(jìn)一步，用發(fā)射探測載波后得到的信號強度RSS，有條件減去環(huán)境信號強度RSSe， 如公式：
[0009]
[0010] 進(jìn)一步，取Μ個探索周期的RSSr的平均值作為RSSa，構(gòu)成一個信號強度更新周期， 如公式：
[0011]
[0012] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述信號強度RSSa的計算方法的閱讀器，所述 閱讀器由FPGA模塊、發(fā)射電路模塊、接收電路模塊、放大濾波模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊；發(fā)射電路 模塊2和接受電路模塊3與天線連接：
[0013] FPGA模塊，用于輸入輸出控制、任務(wù)調(diào)度、信號調(diào)制、AD轉(zhuǎn)換器控制、數(shù)字濾波、波 形識別和RSS計算；
[0014] 發(fā)射電路模塊，與FPGA模塊連接，用于將調(diào)制后的信號進(jìn)行功率放大，通過天線 發(fā)射出去；
[0015] 接收電路模塊，與發(fā)射電路模塊連接，與天線相連，用于從天線接收應(yīng)答器返回信 號；
[0016] 放大濾波模塊，與接收電路模塊連接，用于接收到的返回信號屬于微弱信號，對該 信號進(jìn)行濾波放大后才能進(jìn)行數(shù)字化采樣；
[0017] AD轉(zhuǎn)換模塊，與放大濾波模塊連接，用于對放大濾波后的信號進(jìn)行固定周期采 樣；
[0018] 所述FPGA模塊進(jìn)一步包括：
[0019] 輸入輸出控制器，用于對鍵盤輸入進(jìn)行編解碼，生成用戶命令；
[0020] 信號調(diào)制模塊，用于產(chǎn)生載波信號及將需要發(fā)送給應(yīng)答器的命令調(diào)制在載波信號 上；
[0021] 數(shù)字濾波模塊，用于對采樣得到的數(shù)字信號進(jìn)行帶寬濾波，去除干擾；
[0022] 波形識別模塊，用于對濾波后的數(shù)字信號計算局部極大值，識別出一個周期的波 形；
[0023] RSS計算及解碼模塊，用于從波形數(shù)據(jù)中計算接收信號強度，依據(jù)應(yīng)答器返回信號 的編碼規(guī)則，對信號進(jìn)行解碼，提取應(yīng)答器返回的數(shù)據(jù)。
[0024] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種屬于所述的利用移動RFID閱讀器對應(yīng)答器搜索 和相對定位的方法的電氣管線。
[0025] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種屬于所述的利用移動RFID閱讀器對應(yīng)答器搜索 和相對定位的方法的供水、供熱管線。
[0026] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種屬于所述的利用移動RFID閱讀器對應(yīng)答器搜索 和相對定位的方法的給水、排水管線。
[0027] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種屬于所述的利用移動RFID閱讀器對應(yīng)答器搜索 和相對定位的方法的電力、通信管線。
[0028] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種屬于所述的利用移動RFID閱讀器對應(yīng)答器搜索 和相對定位的方法的石油、然氣管線。
[0029] 本發(fā)明提供的利用移動RFID閱讀器對應(yīng)答器搜索和相對定位的方法，閱讀器發(fā) 射一段載波信號后，緊接著測量接收信號強度RSS，依據(jù)RSS來確定應(yīng)答器的有無以及與閱 讀器的相對方位和距離?；驹硎牵狠d波信號結(jié)束后，由于應(yīng)答器自身諧振電路的存在， 會產(chǎn)生逐漸衰減的諧振頻率信號，閱讀器接收該信號并計算對應(yīng)的接收信號強度RSS，該RSS值由應(yīng)答器與閱讀器的相對方位和距離決定；為消除環(huán)境干擾，閱讀器發(fā)射載波前，首 先測量空載時的接收信號強度作為環(huán)境信號強度RSSe，用RSSe對RSS進(jìn)行修正。該方法改 變了傳統(tǒng)RFID技術(shù)主要用于讀取應(yīng)答器ID的應(yīng)用方式，特別適合于探測和定位隱蔽工程 中的RFID應(yīng)答器，也適用于傳統(tǒng)應(yīng)用中，通過探測應(yīng)答器來觸發(fā)讀取操作，降低閱讀器功 耗。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0031] 1、無需執(zhí)行應(yīng)答器ID讀取操作，即可判斷閱讀器電磁場內(nèi)是否有應(yīng)答器；
[0032] 2、能夠?qū)﹄[蔽處的應(yīng)答器進(jìn)行準(zhǔn)確的相對定位（相對于閱讀器天線位置）。依據(jù) 返回信號強度的變化趨勢，移動閱讀器，找到信號強度的最大值，則可根據(jù)該最大值得到閱 讀器與應(yīng)答器之間的距離，從而能夠準(zhǔn)確對應(yīng)答器進(jìn)行相對定位；
[0033] 3、傳統(tǒng)應(yīng)用中，應(yīng)用本方法首先探測，利用探測結(jié)果來觸發(fā)應(yīng)答器ID讀取操作， 降低閱讀器工作功耗。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明實施例提供的利用移動RFID閱讀器對應(yīng)答器搜索和相對定位的方 法流程圖。
[0035] 圖2是本發(fā)明實施例提供的閱讀器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖中：1、AlteraFPGA;2、發(fā)射電路模塊；3、接收電路模塊；4、放大濾波模塊；5、AD 轉(zhuǎn)換模塊；11、FPGA邏輯實現(xiàn)的輸入/輸出控制器；12、FPGA內(nèi)部NIOSII處理器；13、FPGA 邏輯實現(xiàn)的信號調(diào)制模塊、14、FPGA邏輯實現(xiàn)的數(shù)字濾波器；15、FPGA邏輯實現(xiàn)的波形識別 模塊；16、FPGA邏輯實現(xiàn)的RSS計算及解碼模塊。
[0037] 圖3是本發(fā)明實施例提供的利用移動RFID閱讀器對應(yīng)答器進(jìn)行探索時，信號強度 計算及探索脈沖發(fā)送的示意圖。
[0038] 圖4是本發(fā)明實施例提供的利用閱讀器在指定區(qū)域搜索應(yīng)答器以及對應(yīng)答器進(jìn) 行定位的基本原理示意圖。
【具體實施方式】
[0039] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0040] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
[0041] 本實施例基于閱讀器（如圖2所示）和應(yīng)答器，頻率為100ΚΗz，此方法適用的閱讀 器、應(yīng)答器及工作頻率不限于此。閱讀器由FPGA模塊1、發(fā)射電路模塊2、接收電路模塊3、 放大濾波模塊4、AD轉(zhuǎn)換模塊5等構(gòu)成。FPGA內(nèi)部包括輸入輸出控制器11、NIOSII處理 器12、信號調(diào)制模塊13、數(shù)字濾波模塊14、波形識別模塊15、RSS計算及解碼模塊16。FPGA 與LCD顯示器及鍵盤連接，發(fā)射電路模塊2和接受電路模塊3與天線連接：
[0042] FPGA模塊1 :是閱讀器的核心，功能包括輸入輸出控制、任務(wù)調(diào)度、信號調(diào)制、AD轉(zhuǎn) 換器控制、數(shù)字濾波、波形識別和RSS計算。其中：
[0043] 輸入輸出控制器11 :對鍵盤輸入進(jìn)行編解碼，生成用戶命令；
[0044] 信號調(diào)制模塊13 :將需要發(fā)送給應(yīng)答器的命令調(diào)制在載波信號上，本實施例中采 用100 %調(diào)幅方式；
[0045] 數(shù)字濾波模塊14 :對采樣得到的數(shù)字信號進(jìn)行帶寬濾波，去除干擾。本實施例中 采用64階FIR濾波器；
[0046] 波形識別模塊15 :對濾波后的數(shù)字信號計算局部極大值，識別出一個周期的波 形；
[0047] RSS計算及解碼模塊16 :從波形數(shù)據(jù)中計算接收信號強度，依據(jù)應(yīng)答器返回信號 的編碼規(guī)則，對信號進(jìn)行解碼，提取應(yīng)答器返回的數(shù)據(jù)；
[0048] 發(fā)射電路模塊2 :與FPGA模塊1連接，核心是功放電路，將調(diào)制后的信號進(jìn)行功率 放大，通過天線發(fā)射出去。
[0049] 接收電路模塊3 :與發(fā)射電路模塊2連接，與天線相連，從天線接收應(yīng)答器返回信 號。本實施例中發(fā)射和接收用同一個天線；
[0050] 放大濾波模塊4 :與接收電路模塊3連接，接收到的返回信號屬于微弱信號，對該 信號進(jìn)行濾波放大后才能進(jìn)行數(shù)字化采樣；
[0051] AD轉(zhuǎn)換模塊5 :與放大濾波模塊4連接，對放大濾波后的信號進(jìn)行固定周期采樣 (本實施例中，AD分辨率為12bit，采樣周期為lus)。
[0052] 各模塊之間的連接關(guān)系如圖2所示。其一般工作流程描述如下：
[0053] FPGA從鍵盤接受用戶輸入，NIOSII處理器將用戶輸入解析成一次任務(wù)（如讀應(yīng) 答器ID、寫應(yīng)答器