專利名稱：一種利用相控陣原理并結合rssi測距的定位裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及超高頻射頻識別技術領域，特別是涉及一種利用相控陣原理并結合 RSSI測距的定位裝置。
背景技術：
射頻識別技術(Radio Frequency Identif ication，簡稱RFID)是一種非接觸式的自動識別技術，它能夠進行雙向的數據傳輸以達到識別和定位的目的。工作在超高頻段的射頻識別技術可以進行遠距離、非視距的識別，并且識別過程無需人工操作，過程快捷方便。一般而言，超高頻的射頻識別技術識別距離可達到幾十米以上，并且可以在幾毫秒之內得到厘米級定位精度的信息，且傳輸范圍很大，成本較低。同時，RFID標簽具有防水防磁、 耐高溫、壽命長、識別距離大等特點，另外，無源RFID標簽具有無需外部供電的特點。由于射頻識別技術具有上述優點，可望成為優選的室內定位技術。一個完整的RFID系統一般來說由以下幾部分組成閱讀器(Reader)、天線和電子標簽(Tag)。RFID系統的工作原理是閱讀器發射特定頻率的無線電波能量給標簽，標簽接收到射頻信號后，經過一系列的數據處理與命令執行過程，將自身內部的數據發射回閱讀器，然后閱讀器便依照一定的次序接收并解讀數據，完成對標簽的識別和定位。目前射頻識別定位技術使用的定位方法依據包括入射信號的強度值、角度值和時間差等。通過信號到達時間定位，是一種利用處理器記錄信號從標簽發送到閱讀器接收到的時間，然后乘以信號的傳播速度來計算標簽與閱讀器的距離，進而確定標簽位置的方法。 但是這種方法成本較高，主要是用在大范圍的定位，并不適合于空間狹小環境復雜的室內定位。使用信號角度值進行定位的原理是通過相鄰天線接收到的信號的相位差計算信號的入射角度。一般來說，這種方法需要使用天線陣列進行角度信息的獲取。但是這種方法如果想確定標簽的二維坐標位置，至少需要兩個天線陣列，硬件開銷較大?；诮邮招盘柕膹姸戎档亩ㄎ环椒ㄐ枰喿x器提供接收到的射頻標簽信號的強度值作為定位依據，即建立信號強度值同傳播距離的映射關系，就可以通過測量閱讀器接收到的射頻信號的場強值計算閱讀器與標簽之間的距離，進而確定標簽的位置。但是這種方法如果想確定標簽的二維坐標位置，至少需要三個閱讀器。

發明內容
有鑒于此，本發明的目的是針對上述定位方法的優缺點，提供一種新的定位裝置， 利用相控陣天線原理獲取信號的入射角度，同時利用接收的強度值映射出閱讀器與標簽距離，我們只需要一個閱讀器、一組相控陣天線就能與待定位的標簽組成一種RFID定位裝置。為此，本發明提供了一種利用相控陣原理并結合RSSI測距的定位裝置，所述利用相控陣原理并結合RSSI測距的定位裝置包括閱讀器、與閱讀器對應的無源電子標簽和一組陣列天線，所述閱讀器包括數字基帶電路、發射端和接收端。
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優選的，所述閱讀器的發射端包括數模轉換器(DAC)、上變頻器、移相器、功率放大器和天線。優選的，所述閱讀器的接收端包括天線、低噪聲放大器、移相器、下變頻器和模數轉換器(ADC)。優選的，所述閱讀器的型號是INTEL RlOOO0由以上本發明提供的技術方案可見，與現有的定位裝置相比，本發明具有以下技術效果1.不需要使用測量相位差裝置，只使用相位差換算，降低設備復雜度，測量相位差沒有額外的硬件開銷。2.用一組閱讀器可以實現即可實現RSSI (Received Signal Strength hdicator，接收信號的強度指示)測距和測角，省去一組測角的閱讀器，既節省成本，又利于定位裝置的普及實現。3.通過增大天線的增益可以實現信號增強，增大信號的輻射距離，而且由于實行波束控制，信號的輻射范圍并沒有減小，該裝置既可用于定位又能用于信號增強。


圖1為本發明提供的一種利用相控陣原理并結合RSSI測距的定位裝置的電路原理圖。圖2為本發明提供的一種利用相控陣原理并結合RSSI測距的定位裝置的原理圖。
具體實施例方式為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步的詳細說明。一種利用相控陣原理并結合RSSI測距的定位裝置，所述利用相控陣原理并結合 RSSI測距的定位裝置包括閱讀器、與閱讀器對應的無源電子標簽和一組陣列天線，所述閱讀器包括數字基帶電路、發射端和接收端。優選的，所述閱讀器的發射端包括數模轉換器(DAC)、上變頻器、移相器、功率放大器和天線。優選的，所述閱讀器的接收端包括天線、低噪聲放大器、移相器、下變頻器和模數轉換器(ADC)。優選的，所述閱讀器的型號是INTEL RlOOO0閱讀器通過數字基帶電路進行天線陣列的移相，完成方位角與移相角的映射，確定發送信號的方向波束角；另外，閱讀器還需要讀取標簽發射回來的場強值，該場強主要是用于確定閱讀器與待定位標簽的距離。閱讀器通過數字基帶電路的控制產生所需要的命令信號，該信號經過DAC、上變頻器之后，移相器進行相位的改變，相位的變化體現在天線發送端波束方向角的變化。即控制每個單元相位值就可以實現波束指向的控制，從而確定閱讀器與標簽之間的方向角(α)。閱讀器的接收端則是對標簽返回信息的捕獲，獲取標簽發射回來的場強值。閱讀器把獲得的場強值經過ADC的轉換成數字量，并送至數字基帶電路進行處理，通過對該RSSI值擬合、映射之后得到閱讀器與標簽之間的距離(S)。這種通過相CN 102520388 A說明書3/3 頁
控陣天線測量方向角(α)并結合RSSI測距(S)的定位方法只需要進行簡單的數學運算就能鎖定待定位標簽的具體坐標。同時，通過使用高增益的閱讀器天線，即可增強天線的方向性，使得RFID系統的信號輻射距離更遠，而且由于相控陣天線波束方向可控，RFID系統的信號輻射范圍并沒有減少，反而增大了。本發明不需要使用測量相位差裝置，只使用相位差換算，降低設備復雜度，測量相位差沒有額外的硬件開銷；用一組閱讀器可以實現即可實現RSSI測距和測角，省去一組測角的閱讀器，既節省成本，又利于定位裝置的普及實現；通過增大天線的增益可以實現信號增強，增大信號的輻射距離，而且由于實行波束控制，信號的輻射范圍并沒有減小，該裝置既可用于定位又能用于信號增強。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種利用相控陣原理并結合RSSI測距的定位裝置，其特征在于所述利用相控陣原理并結合RSSI測距的定位裝置包括閱讀器、與閱讀器對應的無源電子標簽和一組陣列天線，所述閱讀器包括數字基帶電路、發射端和接收端。
2.根據權利要求1所述的一種利用相控陣原理并結合RSSI測距的定位裝置，其特征在于所述閱讀器的發射端包括數模轉換器(DAC)、上變頻器、移相器、功率放大器和天線。
3.根據權利要求1所述的一種利用相控陣原理并結合RSSI測距的定位裝置，其特征在于所述閱讀器的接收端包括天線、低噪聲放大器、移相器、下變頻器和模數轉換器(ADC)。
4.根據權利要求1所述的一種利用相控陣原理并結合RSSI測距的定位裝置，其特征在于所述閱讀器的型號是INTEL RlOOO0
全文摘要
本發明公開了一種利用相控陣原理并結合RSSI測距的定位裝置，其涉及超高頻射頻識別技術領域，特別是涉及一種利用相控陣原理并結合RSSI測距的定位裝置。所述利用相控陣原理并結合RSSI測距的定位裝置包括閱讀器、與閱讀器對應的無源電子標簽和一組陣列天線，閱讀器包括數字基帶電路、發射端和接收端。本發明主要通過相控陣天線確定閱讀器與待定位標簽的方向角，再利用閱讀器讀取標簽反射的場強值，映射出閱讀器與標簽之間的距離，通過算法的運算即可獲得電子標簽的位置?？捎糜陂_放場地或室內環境下對目標進行追蹤定位。本發明由于引入了相控陣列天線，在提高天線增益的同時，既能提高輻射距離，同時也增大了輻射的范圍。該定位裝置具有系統簡單且定位范圍大的優點。
文檔編號G01S1/08GK102520388SQ20111036685
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者吳龍, 張世林, 毛陸虹, 胡焙劍, 謝生 申請人:天津大學