一种基于干涉原理的无芯片RFID测距方法技术

本发明专利技术公开了一种基于干涉原理的无芯片RFID测距方法，包括，设置参考平面、待测目标、阅读器及阅读器天线，阅读天线接收参考平面和无芯片RFID标签的后向散射信号，获得时域信号，判断两者信号达到的先后，将超出阅读范围的信号置零，然后对信号进行快速傅里叶变换获得信号的频谱图，依据干涉的理论可以求得参考平面与无芯片RFID标签到天线的距离的差值，从而获得标签到天线的距离。

A non chip RFID ranging method based on interference principle

The invention discloses a chip-free RFID ranging method based on interference principle, which includes setting a reference plane, a target to be measured, a reader and a reader antenna, receiving a backscattering signal of a reference plane and a chip-free RFID tag by a reading antenna, obtaining a time-domain signal, judging the order of arrival of the two signals, and exceeding the reading standard. Firstly, the signal is set to zero, and then the frequency spectrum of the signal is obtained by fast Fourier transform. According to the interference theory, the difference between the reference plane and the distance from the chip-free RFID tag to the antenna can be obtained, thus the distance from the tag to the antenna can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种基于干涉原理的无芯片RFID测距方法
本专利技术涉及物联网领域，具体涉及一种基于干涉原理的无芯片RFID测距方法。
技术介绍
射频识别(RFID)是一种无线通信技术，通过电磁波信号对附着在物体上的RFID标签进行检测和识别。RFID的优点在于能实现非视距(NonLineofSight)阅读，自动识别，物体定位等功能。传统的标签由天线和集成电路IC(IntegratedCircuit)两部分组成，由于集成电路成本相对较高，因而传统的RFID标签仍然无法取代光学条形码。为了降低RFID标签的成本，使用无芯片RFID标签(ChiplessRFIDTag)替代传统的RFID是可行的办法。无芯片RFID标签可以分为基于频域编码以及时域编码的标签。本文所提到的无芯片RFID标签均是指基于频域编码的无芯片RFID标签。无芯片RFID标签同样可以应用于定位，但是无芯片RFID标签没有电池供电，因此，大多数传统的RFID测距、定位方法都不适用于无芯片RFID测距、定位，所以需要专门设计测距、定位方法。由于没有电池供电，一般通过测量电磁回波信号的时间间隔测距。利用多个节点阅读器对无芯片RFID标签测距，可确定标签的二维、三维信息。一个好的测距方法对无芯片RFID标签定位起到了至关重要的作用。目前，用于无芯片RFID标签定位的方法主要有以下几种。1、RTOF(RoundTripTimeofFlight)，通过测量天线辐射的脉冲到达无芯片RFID标签再返回天线的时间来计算标签到天线的距离。缺点是需要稳定的脉冲形状，需要知道脉冲精确的起始时间，需要各频率在阅读区域内增益都比较均匀的天线。2、NFMPM(Narrow-FrequencyMatrixPencilMethod)，是对RTOF方法的进一步提高的方法，能更精确的确认脉冲的到达时间，不需要各频率在阅读区域内增益都比较均匀的天线，但是该方法对脉冲的相位要求较高。3、RSS(ReceivedSignalStrength)，通过测量接收信号的强度，确定标签的距离。缺点是随着距离增加，精度会越来越低，而且当标签旋转一定角度会对后向散射信号的强度造成较大影响。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种基于干涉原理的无芯片RFID测距方法，本专利技术精度高，稳定性好。本专利技术采用如下技术方案：一种基于干涉原理的无芯片RFID测距方法，包括如下步骤：S1在空间中设置参考平面、待测目标、阅读器及阅读器天线，所述待测目标为无芯片RFID标签；S2阅读器产生激励信号，由阅读器天线向空间辐射，与待测目标和参考平面相遇后分别产生反射信号，阅读器接收两个反射信号，并且转换为时域信号，待测目标的时域信号包括结构模式信号和天线模式信号；S3根据时域信号判断待测目标与参考平面的反射信号到达阅读器的先后顺序，确定参考平面及待测目标分别与阅读器天线距离的大小关系；S4对获得的时域信号进行处理，具体：找到待测目标天线模式信号的发生时间，以该时间为起点，如果待测目标信号在参考目标信号之前，那么在参考平面信号之前的信号都置零，同时对超出阅读范围的信号置零；如果待测目标信号在参考平面之后，那么在待测目标天线模式信号之后的信号都置零，然后对处理后的时域信号进行快速傅里叶变换得到时域信号的频谱；S5找出可辨认的陷波对应的频率,通过距离差公式计算出待测目标与参考目标到天线的距离差，根据S3的结果，如果d2>d1，则距离为如果d2<d1，则其中i,j表示陷波的顺序。其中d1是参考平面到阅读天线的距离，d2是待测目标标签到阅读天线的距离，c是真空中的光速，fi、fj表示第i、第j个陷波对应的频率。利用电磁波干涉相消原理，对于同极化方向、同频率、在同一点的电磁波而言，相位差为(2n+1)π时，发生干涉相消，在频域表现为陷波。所述S4中，使用STMPM获得天线模式的开始时间。所述阅读器天线是宽带天线。所述参考平面是与无芯片RFID标签所用导体材料相同或者性质相似的导体材料构成的平面，参考平面的尺寸大小应与标签的大小相同。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术预先设立的参考平面作为参考位置，利用干涉原理测得待测目标与参考目标到天线的距离差，进而获得待测目标到天线的距离，提供了一种新的距离测量方法。(2)由于距离差决定相位差，因此对激励信号的稳定性降低了要求。(3)只需测定待测目标与参考目标到天线的距离差即可得出待测目标的距离，因此不需要确定脉冲精度的起始时间。附图说明图1是本专利技术所应用的测距结构示意图图2(a)是本专利技术基于图1参考平面位于(0,500)，标签位于(100,200)，天线等效近似位于(0,57.5)时，天线接收到的并处理过的时域信号的仿真结果；图2(b)是本专利技术基于图1参考平面位于(0,500)，标签位于(200,600)，天线等效近似位于(0,57.5)时，天线接收到的并处理过的时域信号的仿真结果；图3(a)是图2(a)时域信号的快速傅里叶变换并且归一化处理后的结果；图3(b)是图2(b)时域信号的快速傅里叶变换并且归一化处理后的结果。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一种基于干涉原理的无芯片RFID测距方法，如图1所示，该方法的实施平台，包括参考平面1、待测目标2、阅读器及阅读器天线3。所述待测目标是无芯片RFID标签。所述参考平面是由所述的无芯片RFID标签所用导体材料或者性质相似的导电材料构成的平面。所述阅读器天线是宽带天线，具体可以是喇叭天线、Vivaldi天线，对数周期天线等。所述阅读器是一种可以产生超宽带脉冲信号，接收超宽带信号，有一定信号处理能力的阅读器。具体包括如下步骤：S1在空间中设置参考平面、待测目标、阅读器及阅读器天线，所述待测目标为无芯片RFID标签；S2阅读器产生激励信号，由阅读器天线向空间辐射，与待测目标和参考平面相遇后分别产生反射信号，阅读器接收两个反射信号，并且转换为时域信号，待测目标的时域信号包括结构模式信号和天线模式信号；S3根据时域信号判断待测目标与参考平面的反射信号到达阅读器的先后顺序，确定参考平面及待测目标分别与阅读器天线距离的大小关系；S4对获得的时域信号进行处理，具体：找到待测目标天线模式信号的发生时间，以该时间为起点，如果待测目标信号在参考目标信号之前，那么在参考平面信号之前的信号都置零，同时对超出阅读范围的信号置零；如果待测目标信号在参考平面之后，那么在待测目标天线模式信号之后的信号都置零，然后对处理后的时域信号进行快速傅里叶变换得到时域信号的频谱；使用STMPM(ShortTimeMatrixPencilMethod)获得天线模式的开始时间。S5找出可辨认的陷波对应的频率,通过距离差公式计算出待测目标与参考目标到天线的距离差，根据S3的结果，如果d2>d1，则距离为如果d2<d1，则其中i,j表示陷波的顺序。其中d1是参考平面到阅读天线的距离，d2是待测目标标签到阅读天线的距离，c是真空中的光速，fi、fj表示第i、第j个陷波对应的频率。本方法的原理为：阅读器产生超宽带脉冲，通过超宽带天线辐射到空间中，电磁波在空间中与参考平面以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于干涉原理的无芯片RFID测距方法，其特征在于，包括如下步骤：S1 在空间中设置参考平面、待测目标、阅读器及阅读器天线，所述待测目标为无芯片RFID标签；S2 阅读器产生激励信号，由阅读器天线向空间辐射，与待测目标和参考平面相遇后分别产生反射信号，阅读器接收两个反射信号，并且转换为时域信号，待测目标的时域信号包括结构模式信号和天线模式信号；S3 根据时域信号判断待测目标与参考平面的反射信号到达阅读器的先后顺序，确定参考平面及待测目标分别与阅读器天线距离的大小关系；S4 对获得的时域信号进行处理，具体：找到待测目标天线模式信号的发生时间，以该时间为起点，如果待测目标信号在参考目标信号之前，那么在参考平面信号之前的信号都置零，同时对超出阅读范围的信号置零；如果待测目标信号在参考平面之后，那么在待测目标天线模式信号之后的信号都置零，然后对处理后的时域信号进行快速傅里叶变换得到时域信号的频谱；S5 找出可辨认的陷波对应的频率,通过距离差公式

【技术特征摘要】
1.一种基于干涉原理的无芯片RFID测距方法，其特征在于，包括如下步骤：S1在空间中设置参考平面、待测目标、阅读器及阅读器天线，所述待测目标为无芯片RFID标签；S2阅读器产生激励信号，由阅读器天线向空间辐射，与待测目标和参考平面相遇后分别产生反射信号，阅读器接收两个反射信号，并且转换为时域信号，待测目标的时域信号包括结构模式信号和天线模式信号；S3根据时域信号判断待测目标与参考平面的反射信号到达阅读器的先后顺序，确定参考平面及待测目标分别与阅读器天线距离的大小关系；S4对获得的时域信号进行处理，具体：找到待测目标天线模式信号的发生时间，以该时间为起点，如果待测目标信号在参考目标信号之前，那么在参考平面信号之前的信号都置零，同时对超出阅读范围的信号置零；如果待测目标信号在参考平面之后，那么在待测目标天线模式信号之后的信号都置零，然后对处理后的时域信号进行快速傅里叶变换得到时域信号的频谱；S5找出可辨认的陷波对应的频率,通过距离差公式计算出待测目标与参考目标到天线的距离差...

【专利技术属性】
技术研发人员：常天海，张暖峰，刘雄英，覃运炯，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44