专利名称：射频识别标签定位方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及视频识别领域，更具体而言，涉及一种射频识别标签定位方法和装置。
背景技术：
如今，通过对RFID (Radio Frequency Identification 射频标识)标签定位来实现对目标物体的位置进行定位的方法已经在物流及生产线领域显得越来越重要。另外，通过定位RFID标签的方法来确定携带RFID阅读器的移动物体的位置及方位的方法也在机器人控制领域得到了广泛的应用。利用超高频的RFID可以远距离识读标签，通过该频段可以识读距离长达IOm左右的无源标签，该性能大大的提高了 RFID标签在物流及生产线上应用的可能性。随着超高频RFID技术的广泛应用，一个RFID阅读器可以同时识读其读取区域内的多个标签，但是随之而来的问题是，当我们需要发现其中一个指定的标签时却是非常的困难。至今已经有多种定位方法被开发出来，如利用RSS (receiving signalstrength 接收信号的强度)、AOA (angle of arrival 信号到达的角度)、TOA (time of arrival 信号到达的时刻)、TD0A (time difference ofarrival :信号到达的时间差)等信号特征来实现定位的方法。但是这些方法都存在成本高的弊病，其中RSS方法的测位精度低，误差甚至达到数米)。专利文献1提出了一种通过阅读器发射不同频率的电磁波经过RFID标签反射后阅读器接收到的发射波的相位差来测定标签与阅读器距离的方法。该方法需要使用特定的阅读器来完成，并且无法识别标签与阅读器的相对方位，只能识别标签与阅读器的距离。专利文献2中提出了一种定位指定标签的装置，通过在RFID标签上增加一个LED 装置，当阅读器需要寻找一个指定的标签时，阅读器向该标签发射信号，该标签点亮LED以表明其为阅读器要寻找的标签。专利文献2对于寻找指定的标签时确实是一个非常好的方法，但是其方法必须在标签上增加一个LED装置，增加的LED装置不仅提高了标签的制造成本，而且降低了标签对环境的适应能力，该标签将不再适用于不适合放入LED的工作环境，如潮湿、易受冲击的环境中。专利文献1:日本专利申请号特愿2008-308023，发明人为小原英行等，发明名称为“距离测定装置、距离测定方法、反射体、及通信系统”。专利文献2:美国专利申请公开US2009/0167495A1，发明人为JoshuaR. Smith, Daniel Yeager,Ali Rahimi,发明名禾尔为"Radiofrequency identification tags adapted for localization and stateindication，，。

发明内容
鉴于现有技术的以上情况，本发明提出一种射频识别标签定位方法和装置，能够利用普通的通用RFID阅读器进行比较精确的标签定位。在下文中首先给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。根据本发明的一个方面，提供了一种射频识别RFID标签定位方法，包括使用 RFID阅读器的天线分别在多个指定的发射功率下读取线性排列的对象标签预定次数；记录每个对象标签在每一个指定的发射功率下被所述天线成功读取的次数；计算每个对象标签被所述天线成功读取的次数之和；通过对每个对象标签被成功读取的次数之和进行排序，来确定各个对象标签相对于所述天线的排列顺序；计算每个对象标签相对于所述天线的归一化读取概率；以及通过根据每个对象标签相对于所述天线的归一化读取概率查询读取概率地图，来确定每个对象标签相对于所述天线的距离。其中，读取概率地图记录标签相对于天线的归一化读取概率与标签相对于天线的距离的对应关系。根据本发明的另一个方面，提供了一种射频识别RFID标签定位装置，包括标签读取器，配置用于使用RFID阅读器的天线分别在多个指定的发射功率下读取线性排列的对象标签预定次数；标签读取信息记录器，配置用于记录每个对象标签在每一个指定的发射功率下被所述天线成功读取的次数，计算每个对象标签被所述天线成功读取的次数之和，以及计算每个对象标签相对于所述天线的归一化读取概率；标签排序器，配置用于通过对每个对象标签被成功读取的次数之和进行排序，来确定各个对象标签相对于所述天线的排列顺序；以及标签位置确定器，配置用于通过根据每个对象标签相对于所述天线的归一化读取概率查询读取概率地图，来确定每个对象标签相对于所述天线的距离。其中，所述读取概率地图记录标签相对于天线的归一化读取概率与标签相对于天线的距离的对应关系。通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。


参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。图1示出根据本发明实施例的射频识别标签定位方法的流程图。图2示出根据本发明实施例的生成读取概率地图的流程图。图3示出单天线读取范围的示意图。图4示出根据本发明实施例的在单天线情况下的标签排列的示例图。图5示出根据本发明另一实施例的生成读取概率地图的流程图。图6示出根据本发明实施例的在单天线情况下获取指定标签的位置的示例流程图。
图7示出多天线读取范围的示意图。图8示出根据本发明实施例的在多天线情况下的标签排列的示例图。图9示出根据本发明实施例的在多天线情况下确定标签的排列顺序的示例流程图。图10示出根据本发明实施例的射频识别标签定位装置的示意性框图。图11示出可用于实施根据本发明实施例的方法和装置的计算机的示意性框图。
具体实施例方式在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见， 在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于该实际实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标， 例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。现在常用的超高频RFID标签具有以下几个特点能被远距离读取，无源RFID标签的被读取距离可以高达IOm ；RFID阅读器与标签的规格品种繁多；在RFID阅读器的可读区域内被读取到的概率与标签同RFID阅读器的相对距离相关；一次可以读取多个标签，而现有的RFID标签定位系统无法在不改变RFID阅读器的硬件结构的情况下精确地确定标签的位置分布。本发明考虑到RFID标签读取概率随距离变化的上述特点，根据线性排列的每个对象标签相对于RFID阅读器的天线的归一化读取概率来查询读取概率地图，以确定每个对象标签相对于所述天线的距离。其中，读取概率地图记录标签相对于天线的归一化读取概率与标签相对于天线的距离之间的对应关系。由此，可以利用普通的通用RFID阅读器实现比较精确的标签定位。下面结合图1-10来描述根据本发明实施例的射频识别标签定位方法和装置。图1示出根据本发明实施例的射频识别标签定位方法的流程图。如图所示，在步骤SllO中，利用RFID阅读器的天线分别在多个指定的发射功率下读取线性排列的对象标签预定次数。这里，“对象标签”指的是要对其定位的标签。假设所述预定次数是N次，多个指定的发射功率是PWpPW2, Pffk, k为大于1的正整数。在每个发射功率下读取对象标签N次。将对象标签线性排列，是考虑到超高频RFID标签还具有在RFID阅读器的可读区域内被读取到的概率与标签同RFID阅读器的相对角度相关的特点。线性排列可以一定程度上消除角度对标签被读取到的概率的影响。关于这一点的具体细节，将在随后的实施例中描述。然后，在步骤S120中，记录每个对象标签在每一个指定的发射功率下被天线成功读取的次数。对于对象标签j，其在发射功率PWk(l ^k^K)下被天线i成功读取的次数记为Xijk °接着，在步骤S130中，计算每个对象标签被天线成功读取的次数之和。对于对象标签j，其被同一天线i成功读取的次数之和记为Xij, Xij = XijJXij2+... +X⑶。接着，在步骤S150中，计算每个对象标签相对于天线的归一化读取概率。对于对象标签j，其相对于天线i的归一化读取概率记为I3Rij, PRij = XijZ(NK)。然后，在步骤S160中，通过根据每个对象标签相对于天线的归一化读取概率查询读取概率地图，来确定每个对象标签相对于天线的距离。这里，读取概率地图记录标签相对于天线的归一化读取概率与标签相对于天线的距离的对应关系。此外，在本实施例中，还可以包括确定标签相对于天线的排列顺序的步骤。在步骤 S130中计算每个对象标签被天线成功读取的次数之和后，步骤S140中，通过对每个对象标签被成功读取的次数之和进行排序，来确定各个对象标签相对于天线的排列顺序。例如，将各个标签的读取成功次数之和^Cii从大到小排列，即得到标签相对于天线的由近到远的排列顺序，反之亦然。这里，可以预先为要使用的RFID阅读器生成读取概率地图，其中记录了标签相对于天线的归一化读取概率与标签相对于天线的距离的对应关系。生成读取概率地图的过程与根据本发明上述实施例的射频识别标签定位方法的过程类似，只不过标签相对于天线的距离可以通过测量得到。作为示例，图2示出根据本发明实施例的生成读取概率地图的流程图。如图2所示，在步骤S210中，使用天线分别在多个指定的发射功率下读取线性排列的多个样本标签预定次数，所述多个样本标签均勻放置在所述天线的最大读取范围内。 这里，“样本标签”指的是用来产生读取概率地图中的标签相对于天线的距离样本的标签， 以区别于需要实际定位的对象标签。样本标签均勻放置在所述天线的最大读取范围内，是为了获得尽可能多的标签相对于天线的距离样本。另外，理想情况下，是利用天线在每个可用的发射功率下读取样本标签，以在以下步骤中得到尽可能准确的归一化读取概率。然而， 考虑到系统实现的复杂性以及所获得的性能提高的性价比，通常只选定部分发射功率进行读取。在最大发射功率范围内均勻选取发射功率，可以有助于提高所得到的归一化读取概率的准确性。然后，在步骤S220中，记录每个样本标签在每一个指定的发射功率下被天线成功读取的次数。接着，在步骤S230中，计算每个样本标签相对于天线的归一化读取概率。在步骤S240中，测量每个样本标签相对于天线的距离。然后，在步骤S250中，记录每个样本标签相对于天线的归一化读取概率和该样本标签相对于天线的距离，以形成读取概率地图。下面，分别针对RFID阅读器包括单个天线和多个天线的情况来描述根据本发明实施例的方法的应用示例。图3示出单天线读取范围的示意图。其中，虚线所指示的椭圆形示出了阅读器天线在不同的发射功率下的读取范围，实心横条表示RFID标签。从图中可以看出，距离天线越近的标签，就处于越多的发射功率读取范围内，即可能在越多的发射功率下被读取到。图4示出根据本发明实施例的在单天线情况下的标签排列的示意图。标签呈线性方式排列。为了方便说明，可以指定标签的排列方式为从天线的中心开始呈射线排列。如果实际要定位的标签不是按此方向排列时，可以通过调整天线的位置和角度来达到这种排列。标签所排列成的射线与天线的垂直中心线的夹角为α。这样，在射线上的各个标签与天线的垂直中心线的夹角相同，可以消除角度对标签被读取到的概率的影响。通常，为了简单起见，还可以指定标签所排列成的射线在天线的垂直中心线上，即夹角α = 0°。
图5示出根据本发明另一实施例的生成读取概率地图的流程图。在考虑标签所排列成的射线与天线的垂直中心线的夹角α不为零的情况下，可以根据图5所示的流程图来为单天线RFID阅读器生成读取概率地图。在步骤S510中，将样本标签按指定间隔呈射线状排列在天线的最大读取范围内， 记录各射线与天线的垂直中心线的夹角a。接着，在步骤S520中，获得各个样本标签相对于天线的归一化读取概率，具体细节可参照以上根据本发明实施例所描述的内容。然后，在步骤S530中，利用天线的读取概率分布来形成读取概率地图。在所形成的读取概率地图中，进一步记录了在标签与天线的中心之间的连线和天线的垂直中心线的各种夹角下的标签相对于天线的归一化读取概率与标签相对于天线的距离的对应关系。表1示出了这种读取概率地图的一个示例。这里，原点指的是天线中心位置。
权利要求
1.一种射频识别RFID标签定位方法，包括使用RFID阅读器的天线分别在多个指定的发射功率下读取线性排列的对象标签预定次数；记录每个对象标签在每一个指定的发射功率下被所述天线成功读取的次数； 计算每个对象标签被所述天线成功读取的次数之和；通过对每个对象标签被成功读取的次数之和进行排序，来确定各个对象标签相对于所述天线的排列顺序；计算每个对象标签相对于所述天线的归一化读取概率；以及通过根据每个对象标签相对于所述天线的归一化读取概率查询读取概率地图，来确定每个对象标签相对于所述天线的距离，其中，所述读取概率地图记录标签相对于所述天线的归一化读取概率与标签相对于所述天线的距离的对应关系。
2.根据权利要求1的方法，还包括使用所述天线分别在所述多个指定的发射功率下读取线性排列的多个样本标签预定次数，所述多个样本标签均勻放置在所述天线的最大读取范围内；记录每个样本标签在每一个指定的发射功率下被所述天线成功读取的次数； 计算每个样本标签相对于所述天线的归一化读取概率； 测量每个样本标签相对于所述天线的距离；以及记录每个样本标签相对于所述天线的归一化读取概率和该样本标签相对于所述天线的距离，以形成所述读取概率地图。
3.根据权利要求1或2的方法，其中，所述天线包括一个天线，所述对象标签从所述天线的中心开始呈射线排列。
4.根据权利要求3的方法，其中，所述读取概率地图还记录在标签与所述天线的中心之间的连线和所述天线的垂直中心线的各种夹角下的标签相对于所述天线的归一化读取概率与标签相对于所述天线的距离的对应关系；并且所述方法进一步包括通过根据每个对象标签相对于所述天线的归一化读取概率、以及所述射线与所述天线的垂直中心线之间的夹角查询所述读取概率地图，来确定每个对象标签相对于所述天线的距离。
5.根据权利要求3的方法，还包括根据每个对象标签相对于所述天线的距离，来确定所述对象标签之间的距离。
6.根据权利要求1或2的方法，其中，所述天线包括多个天线，所述对象标签所排列成的线平行于所述多个天线组成的天线平面。
7.根据权利要求6的方法，其中，所述多个天线之间的间距被设置成使得每个天线能够读取到其相邻天线的最大读取范围的中间位置处的对象标签；所述读取进一步包括使用所述多个天线中的奇数天线和偶数天线分别在所述多个指定的发射功率下读取线性排列的对象标签预定次数；以及所述确定各个对象标签相对于所述天线的排列顺序进一步包括通过对每个对象标签被每个天线成功读取的次数之和进行排序，确定各个对象标签相对于每个天线的排列顺序。
8.根据权利要求7的方法，还包括根据同一对象标签是否被成功读取到该对象标签的当前天线的相邻天线成功读取以及被当前天线的哪一侧相邻天线成功读取，来确定所述对象标签位于当前天线的哪一侧； 以及根据对象标签相对于每个天线的排列顺序、每个对象标签位于所述当前天线的哪一侧、以及所述多个天线的排列顺序，来确定所述对象标签的总体排列顺序。
9.根据权利要求7的方法，还包括根据每个对象标签相对于当前天线的距离和相对于能够成功读取该对象的相邻天线的距离，来确定该对象标签与当前天线的中心之间的连线和当前天线的垂直中心线的夹角；以及根据每个对象标签的所述夹角和每个对象标签位于当前天线的哪一侧来确定对象标签之间的距离。
10.一种射频识别RFID标签定位装置，包括标签读取器，配置用于使用RFID阅读器的天线分别在多个指定的发射功率下读取线性排列的对象标签预定次数；标签读取信息记录器，配置用于记录每个对象标签在每一个指定的发射功率下被所述天线成功读取的次数，计算每个对象标签被所述天线成功读取的次数之和，以及计算每个对象标签相对于所述天线的归一化读取概率；标签排序器，配置用于通过对每个对象标签被成功读取的次数之和进行排序，来确定各个对象标签相对于所述天线的排列顺序；以及标签位置确定器，配置用于通过根据每个对象标签相对于所述天线的归一化读取概率查询读取概率地图，来确定每个对象标签相对于所述天线的距离，其中，所述读取概率地图记录标签相对于所述天线的归一化读取概率与标签相对于所述天线的距离的对应关系。
全文摘要
本发明公开一种射频识别RFID标签定位方法和装置。所述方法包括使用RFID阅读器的天线分别在多个指定的发射功率下读取线性排列的对象标签预定次数；记录每个对象标签在每一个指定的发射功率下被所述天线成功读取的次数；计算每个对象标签被所述天线成功读取的次数之和；通过对每个对象标签被成功读取的次数之和进行排序，来确定各个对象标签相对于所述天线的排列顺序；计算每个对象标签相对于所述天线的归一化读取概率；以及通过根据每个对象标签相对于所述天线的归一化读取概率查询读取概率地图，来确定每个对象标签相对于所述天线的距离.其中，读取概率地图记录标签相对于天线的归一化读取概率与标签相对于天线的距离的对应关系。
文档编号G01S13/74GK102435990SQ201010505219
公开日2012年5月2日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者于浩, 陆应亮 申请人:富士通株式会社