一种高精度低频定位装置及其方法

摘要

本发明公开了一种高精度低频定位装置及其方法，包括信息处理中心、调制解调单元、天线矩阵、数据采集单元和电子标签。其工作原理如下：信息处理中心通过调制解调单元驱动天线矩阵，天线矩阵再发射射频功率将被动式的低频RFID的电子标签激活。电子标签的返回信号经调制解调单元放大后，由数据采集单元对被放大的信号进行采样，然后数据采集单元计算天线矩阵中各个接收天线拾取的电子标签的编码信息和信号强度，并将编码信息和信号强度发送给信息处理中心。信息处理中心根据接收到的编码信息和信号强度计算出该电子标签在天线矩阵中的坐标信息。

主权项

一种高精度低频定位装置的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：1)信息处理中心通过调制解调单元驱动天线矩阵，天线矩阵再发射射频功率将被动式的低频RFID的电子标签激活；2)电子标签的返回信号经调制解调单元放大后，由数据采集单元对被放大的信号进行采样，然后数据采集单元计算天线矩阵中各个接收天线拾取的电子标签的编码信息和信号强度，并将编码信息和信号强度发送给信息处理中心；3)信息处理中心根据接收到的编码信息和信号强度计算出该电子标签在天线矩阵中的坐标信息，坐标信息具体计算过程如下：首先，对整个天线矩阵建立归一化的坐标系，x轴为横坐标，y轴为纵坐标，左下角为坐标系原点，天线矩阵的按照如下4×4矩阵进行布局；$ant=\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{ant}}_{11}& {\mathrm{ant}}_{12}& {\mathrm{ant}}_{13}& {\mathrm{ant}}_{14}\\ {\mathrm{ant}}_{21}& {\mathrm{ant}}_{22}& {\mathrm{ant}}_{23}& {\mathrm{ant}}_{24}\\ {\mathrm{ant}}_{31}& {\mathrm{ant}}_{32}& {\mathrm{ant}}_{33}& {\mathrm{ant}}_{34}\\ {\mathrm{ant}}_{41}& {\mathrm{ant}}_{42}& {\mathrm{ant}}_{43}& {\mathrm{ant}}_{44}\end{array}\right]$采用归一化的x坐标和y坐标表示电子标签在整个天线矩阵中的位置信息，并建立复杂的电子标签位置信息融合算法；第一步，定义x坐标和y坐标的计算系数矩阵，A矩阵是x坐标的计算系数矩阵，B矩阵是y坐标的计算系数矩阵；A矩阵和B矩阵中的系数需要根据天线形状和参数进行校正；$A=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}& a_{14}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}& a_{24}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}& a_{34}\\ a_{41}& a_{42}& a_{43}& a_{44}\end{array}\right]$$B=\left[\begin{array}{cccc}{b}_{11}& b_{12}& b_{13}& b_{14}\\ b_{21}& b_{22}& b_{23}& b_{24}\\ b_{31}& b_{32}& b_{33}& b_{34}\\ b_{41}& b_{42}& b_{43}& b_{44}\end{array}\right]$第二步，将各个天线采集的电子标签数据进行组合，建立起S矩阵；$S=\left[\begin{array}{cccc}{s}_{11}& s_{12}& s_{13}& s_{14}\\ s_{21}& s_{22}& s_{23}& s_{24}\\ s_{31}& s_{32}& s_{33}& s_{34}\\ s_{41}& s_{42}& s_{43}& s_{44}\end{array}\right]$第三步，对S矩阵的原始数据进行归一化变换，变换后的数据可以直接参与计算，根据变换后的数据可以建立起S^k矩阵；$S^k=\left[\begin{array}{cccc}{s^k}_{11}& {s^k}_{12}& {s^k}_{13}& {s^k}_{14}\\ {s^k}_{21}& {s^k}_{22}& {s^k}_{23}& {s^k}_{24}\\ {s^k}_{31}& {s^k}_{32}& {s^k}_{33}& {s^k}_{34}\\ {s^k}_{41}& {s^k}_{42}& {s^k}_{43}& {s^k}_{44}\end{array}\right]$第四步，采用A矩阵和B矩阵，根据下述两个计算公式可以分别计算出x坐标(x1,x2,x3,x4)和y坐标(y1,y2,y3,y4)；x坐标和y坐标的计算方法基本一致，采用不同的矩阵系数；$\left[\begin{array}{c}x1\\ x2\\ x3\\ x4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{a}_{11}\times {s^k}_{11}+a_{12}\times {s^k}_{12}+a_{13}\times {s^k}_{12}+a_{14}\times {s^k}_{12}\\ a_{21}\times {s^k}_{12}+a_{22}\times {s^k}_{12}+a_{23}\times {s^k}_{12}+a_{24}\times {s^k}_{12}\\ a_{31}\times {s^k}_{12}+a_{32}\times {s^k}_{12}+a_{33}\times {s^k}_{12}+a_{34}\times {s^k}_{12}\\ a_{41}\times {s^k}_{12}+a_{42}\times {s^k}_{12}+a_{43}\times {s^k}_{12}+a_{44}\times {s^k}_{12}\end{array}\right]$$\left[\begin{array}{c}y1\\ y2\\ y3\\ y4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{b}_{11}\times {s^k}_{11}+b_{12}\times {s^k}_{21}+b_{13}\times {s^k}_{31}+b_{14}\times {s^k}_{41}\\ b_{21}\times {s^k}_{12}+b_{22}\times {s^k}_{22}+b_{23}\times {s^k}_{32}+b_{24}\times {s^k}_{42}\\ b_{31}\times {s^k}_{13}+b_{32}\times {s^k}_{23}+b_{33}\times {s^k}_{33}+b_{34}\times {s^k}_{43}\\ b_{41}\times {s^k}_{14}+b_{42}\times {s^k}_{24}+b_{43}\times {s^k}_{34}+b_{44}\times {s^k}_{44}\end{array}\right]$第五步，采用下述两个计算公式，可以分别计算出x坐标和y坐标；式中x₁₁，x₁₂，x₁₃，x₁₄，y₁₁，y₁₂，y₁₃，y₁₄分别是计算系数，n为计算指数；x＝[x₁₁×x1^∧n+x₁₂×x2^∧n+x₁₃×x3^∧n+x₁₄×x4^∧n]y＝[y₁₁×y1^∧n+y₁₂×y2^∧n+y₁₃×y3^∧n+y₁₄×y4^∧n]第六步，根据上述公式计算出的x坐标和y坐标，进行反归一化操作，即可以计算出实际坐标信息。