基于相位信息的无源UHF RFID定位算法研究

发布时间：2017-05-26 01:02

  本文关键词：基于相位信息的无源UHF RFID定位算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无源UHF RFID标签体积小,成本低廉,部署简单,受到业界的高度关注,特别是基于标签的室内定位技术成为目前研究的热点。室内环境复杂,其中噪声以及多径传播造成RFID射频信号的测量信息存在很大的误差,严重影响无源UHF RFID系统的定位精度。为了提高室内环境下的定位精度,本文对基于相位信息的无源UHF RFID定位算法进行了深入研究,主要工作和创新点如下:(1)提出了基于无源参考标签相位信息的Refer-All-phase-FFT测距算法。该算法通过计算单个阅读器下所有参考标签与待定位标签关于相位信息的相似度,筛选出最邻近的参考标签,并将该参考标签与相应阅读器之间的视距距离作为待定位标签与该阅读器的视距距离。在此基础上,利用线性最小二乘算法完成定位。仿真结果表明,Refer-All-phase-FFT算法最终定位误差小于LANDMARC系统,且适当增加参考标签数量可以进一步降低定位误差。(2)提出了基于改进k-NN算法权重系数的Phase(improved k-NN)测距定位算法。Phase(improved k-NN)算法将统计理论引入邻近参考标签选择过程,通过计算其相位相似度的期望值,以此修正LANDMARC系统k-NN算法的权重系数,最终估算出待定位标签的视距距离。仿真实验表明,Phase(improved k-NN)算法与k-NN算法相比,定位误差明显降低。(3)提出了一种用于测距的新型参考标签部署方式,即弧线状部署方式。该部署方式在增加参考标签与待定位标签距离邻近性的同时,降低了标签之间的干扰,不但减少了测距误差,还提高了参考标签的遍布性,从而保证了基于参考标签测距的有效性。仿真实验表明,与传统网格式均匀部署方式相比,弧线状部署方式定位误差降低,且所需参考标签数量较少,说明弧线状部署方式优于传统网格式均匀部署方式。(4)提出一种基于双标签的两步测距定位方法。当待定位目标物体的边长大于载波波长时,提出在待定位目标上附着两个间距为载波波长的一半的无源标签部署方案。然后,在单阅读器天线通信的情况下,通过阅读器与标签之间的三角几何关系即可实现定位。使用两个无源标签不仅可以辅助调整测距信息,以减少最终的定位误差,还可以在单阅读器天线的条件下完成定位,降低了硬件使用成本。仿真实验表明,该算法在不使用参考标签的情况下,可进一步降低定位误差。
【关键词】：无源UHF RFID标签 相位信息 参考标签 多径传播
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.44
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 研究历史和现状10-15
• 1.2.1 室内定位技术概述10-12
• 1.2.2 无源UHF RFID定位技术概述12-13
• 1.2.3 无源UHF RFID定位算法研究现状及发展方向13-15
• 1.3 本文的主要贡献15-17
• 1.4 本文的组织结构17-19
• 1.5 本章小结19-21
• 第二章 无源UHF RFID定位系统中的相关概念21-41
• 2.1 通信机制21-22
• 2.2 测量信息22-25
• 2.3 定位方法25-31
• 2.3.1 几何定位算法25-30
• 2.3.2 场景分析算法30-31
• 2.4 多径信道模型31-40
• 2.4.1 链路预算33-35
• 2.4.2 统计模型35-36
• 2.4.3 多径信道性能分析36-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 基于无源参考标签相位信息的测距算法41-61
• 3.1 多径传播对测量信息的影响41-45
• 3.2 消除相位信息周期模糊问题的常用方法45-48
• 3.2.1 多频载波法46-47
• 3.2.2 线性调频法47-48
• 3.3 Refer-All-phase-FFT算法48-56
• 3.3.1 相位信息提取48-52
• 3.3.2 测距算法52-56
• 3.4 仿真结果分析与说明56-59
• 3.5 本章小结59-61
• 第四章 基于改进k-NN算法的测距定位算法61-77
• 4.1 基于距离的参考标签部署方式61-64
• 4.2 Phase（improved k-NN）算法64-66
• 4.3 仿真结果分析与说明66-73
• 4.4 新型测距方案73-75
• 4.5 本章小结75-77
• 第五章 基于双标签的两步测距定位算法77-91
• 5.1 载波相位和副载波相位77-81
• 5.2 基于双标签的测距定位方法81-87
• 5.2.1 基于双标签的测距方法81-83
• 5.2.2 基于双标签的定位方法83-87
• 5.3 仿真结果分析与说明87-90
• 5.4 本章小结90-91
• 第六章 总结与展望91-95
• 6.1 全文的工作总结91-92
• 6.2 未来工作展望92-95
• 参考文献95-107
• 发表论文和参加科研情况说明107-109
• 致谢109-110

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本文编号：395392