一种融合RFID和激光信息的动态目标定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种融合RFID信息和激光信息的动态目标定位系统及方法，利用粒子滤波器将RFID信号与激光信号进行融合处理，实现对动态目标的精确定位。本发明专利技术将激光传感器采集的信息进行聚类处理，并将相邻时刻激光聚类后的信息处理成目标运动速度。同时采集RFID标签信号强度与标签相位信息，将采集到的信号强度信息融入粒子滤波更新阶段，并将相邻时刻相位信息处理成目标运动速度。最终，将聚类后的激光信息估算的速度与RFID相位估算的速度进行匹配，选取最佳匹配速度，融入粒子滤波更新阶段，从而实现对运动目标更加精确的定位。

【技术实现步骤摘要】
一种融合RFID和激光信息的动态目标定位系统及方法
本专利技术属于物联网机器人
，具体涉及一种融合RFID和激光信息的动态目标定位系统及方法的设计。
技术介绍
随着物联网技术的快速发展，通过智能感知、识别技术与互联网等通信感知技术将物与物、物与人连接在一起，实现智能化识别、管理和控制。无线定位成为物联网技术中的重要部分，逐渐进入人们的生活，而基于位置的服务(Location-basedServices，LBS)也越来越被人们关注。射频识别(RadioFrequencyIdentification，RFID)使用无线射频信号进行对象识别，具有以下突出优点：非接触识别、可识别高速运动物体、抗恶劣环境。RFID无源标签识别距离可达7-10米，并使用全球唯一ID作为标识，可解决激光传感器目标识别的奇异性，价格低廉、体积小巧，广泛应用于超市、机场、物流、零售等方面。机器人领域一直是前沿高技术研究最活跃的一部分，而机器人作为一个移动智能体在某些环境中感知标签，可为人类提供帮助和导航等服务。国内外已有很多研究人员开展了RFID目标定位方面的研究，但这一领域还有许多尚待解决的问题，传统的方法使用信号强度对标签定位，由于信号强度受环境中金属或水的影响较大，导致定位精度受限。另外，国内外主要围绕静态RFID标签的定位，对动态标签的定位和跟踪的研究很少，目前很难应用于移动机器人作业现场。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中的上述不足，提出了一种融合RFID和激光信息的动态目标定位系统及方法，通过融合RFID信息与激光信息实现高精度的动态目标定位。本专利技术的技术方案为：一种融合RFID信息和激光信息的动态目标定位系统，包括设置在目标上的RFID标签，设置在机器人上的RFID天线，与RFID天线相连接的RFID阅读器，与RFID阅读器相连接的控制系统，以及与控制系统相连接的激光传感器。RFID标签用于反射RFID天线发送的无线射频信号。RFID天线用于发送无线射频信号并接收由RFID标签反射的无线射频信号。RFID阅读器用于通过RFID天线获取RFID标签的信号强度和相位信息。激光传感器用于通过激光测得目标的距离和角度。控制系统用于通过对激光传感器测得的目标距离和角度进行聚类处理计算目标运动速度，通过两个相邻时刻RFID相位差计算目标运动速度，将聚类处理计算得到的速度与RFID相位差计算得到的速度进行匹配，通过粒子滤波器融合匹配后的速度与RFID信号强度信息，实现对动态目标的定位。本专利技术还提供了一种融合RFID信息和激光信息的动态目标定位方法，包括以下步骤：S1、通过RFID天线发射无线射频信号，并接收由设置在目标上的RFID标签反射的无线射频信号，并将反射信号发送至RFID阅读器。S2、在RFID阅读器中根据反射信号获取RFID标签的信号强度和相位信息，并将信号强度和相位信息发送至控制系统。S3、通过激光传感器采集目标的距离和角度，并将采集到的距离和角度信息发送至控制系统。S4、在控制系统中使用粒子滤波器融合RFID标签的信号强度和相位信息以及激光传感器采集的距离和角度信息，实现对动态目标的定位。其中，步骤S4包括以下分步骤：S41、初始化粒子滤波器，构建表示运动目标位置的带权重粒子。S42、通过粒子滤波器预测运动目标的位置。S43、根据RFID标签的信号强度信息构建RFID信号强度模型，并使用RFID信号强度模型对粒子权重进行更新。S44、对激光传感器采集的距离和角度信息进行聚类处理，计算目标运动速度。S45、根据两个相邻时刻的RFID相位差计算目标运动速度。S46、将步骤S44中通过聚类处理计算得到的速度与步骤S45中通过RFID相位差计算得到的速度进行匹配。S47、根据步骤S46的匹配结果对粒子权重的更新进行约束。S48、对所有粒子进行重采样，保留权重大于权重阈值的粒子，去除权重小于权重阈值的粒子，计算粒子集的平均值，得到运动目标的位置。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过速度匹配融合激光与RFID两者之间的优点，将RFID信号强度信息融入粒子滤波更新阶段，然后利用聚类后的激光数据估算运动目标的速度，与RFID相位差估算出的运动目标速度进行匹配，最后利用匹配成功的数据对粒子进行进一步约束，从而实现动态目标的定位，使得定位结果更为精确。附图说明图1所示为本专利技术实施例一提供的一种融合RFID信息和激光信息的动态目标定位系统结构框图。图2所示为本专利技术实施例二提供的一种融合RFID信息和激光信息的动态目标定位方法流程图。图3所示为本专利技术实施例二提供的步骤S4的分步骤流程图。具体实施方式现在将参考附图来详细描述本专利技术的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本专利技术的原理和精神，而并非限制本专利技术的范围。实施例一：本专利技术实施例提供了一种融合RFID信息和激光信息的动态目标定位系统，用于机器人对动态目标进行精确定位，如图1所示，包括设置在目标上的RFID标签，设置在机器人上的RFID天线，与RFID天线相连接的RFID阅读器，与RFID阅读器相连接的控制系统，以及与控制系统相连接的激光传感器。其中，RFID标签用于反射RFID天线发送的无线射频信号。RFID天线用于发送无线射频信号并接收由RFID标签反射的无线射频信号。RFID阅读器用于通过RFID天线获取RFID标签的信号强度和相位信息。激光传感器用于通过激光测得目标的距离和角度。控制系统用于通过对激光传感器测得的目标距离和角度进行聚类处理计算目标运动速度，通过两个相邻时刻RFID相位差计算目标运动速度，将聚类处理计算得到的速度与RFID相位差计算得到的速度进行匹配，通过粒子滤波器融合匹配后的速度与RFID信号强度信息，实现对动态目标的定位。实施例二：本专利技术实施例提供了一种融合RFID信息和激光信息的动态目标定位方法，如图2所示，包括以下步骤S1-S4：S1、通过RFID天线发射无线射频信号，并接收由设置在目标上的RFID标签反射的无线射频信号，并将反射信号发送至RFID阅读器。S2、在RFID阅读器中根据反射信号获取RFID标签的信号强度和相位信息，并将信号强度和相位信息发送至控制系统。S3、通过激光传感器采集目标的距离和角度，并将采集到的距离和角度信息发送至控制系统。S4、在控制系统中使用粒子滤波器融合RFID标签的信号强度和相位信息以及激光传感器采集的距离和角度信息，实现对动态目标的定位。如图3所示，步骤S4包括以下分步骤S41-S48：S41、初始化粒子滤波器，构建表示运动目标位置的带权重粒子。由于粒子滤波器能够很好的获得非高斯和非线性系统的解析解，因此本专利技术实施例中选择粒子滤波实现。粒子滤波是一种基于蒙特卡洛模拟的滤波方法，其核心思想是用随机采样的粒子表达概率密度分布。初始化粒子滤波器，将运动目标位置采用一组带权重的粒子表示：其中表示粒子的二维坐标，表示粒子的权重，下标t表示t时刻的粒子，上标[n]表示第n个粒子，N为粒子总数。S42、通过粒子滤波器预测运动目标的位置。由于运动目标方向的不确定，本专利技术实施例中选用高斯函数作为运动预测的模型，粒子的分布与集中程度可以通过高斯函数的参数得到调整。其主要原理是在t-1时刻粒子周围产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种融合RFID信息和激光信息的动态目标定位系统，其特征在于，包括设置在目标上的RFID标签，设置在机器人上的RFID天线，与所述RFID天线相连接的RFID阅读器，与所述RFID阅读器相连接的控制系统，以及与所述控制系统相连接的激光传感器；所述RFID标签，用于反射RFID天线发送的无线射频信号；所述RFID天线，用于发送无线射频信号并接收由RFID标签反射的无线射频信号；所述RFID阅读器，用于通过RFID天线获取RFID标签的信号强度和相位信息；所述激光传感器，用于通过激光测得目标的距离和角度；所述控制系统，用于通过对激光传感器测得的目标距离和角度进行聚类处理计算目标运动速度，通过两个相邻时刻RFID相位差计算目标运动速度，将聚类处理计算得到的速度与RFID相位差计算得到的速度进行匹配，通过粒子滤波器融合匹配后的速度与RFID信号强度信息，实现对动态目标的定位。

【技术特征摘要】
1.一种融合RFID信息和激光信息的动态目标定位系统，其特征在于，包括设置在目标上的RFID标签，设置在机器人上的RFID天线，与所述RFID天线相连接的RFID阅读器，与所述RFID阅读器相连接的控制系统，以及与所述控制系统相连接的激光传感器；所述RFID标签，用于反射RFID天线发送的无线射频信号；所述RFID天线，用于发送无线射频信号并接收由RFID标签反射的无线射频信号；所述RFID阅读器，用于通过RFID天线获取RFID标签的信号强度和相位信息；所述激光传感器，用于通过激光测得目标的距离和角度；所述控制系统，用于通过对激光传感器测得的目标距离和角度进行聚类处理计算目标运动速度，通过两个相邻时刻RFID相位差计算目标运动速度，将聚类处理计算得到的速度与RFID相位差计算得到的速度进行匹配，通过粒子滤波器融合匹配后的速度与RFID信号强度信息，实现对动态目标的定位。2.一种融合RFID信息和激光信息的动态目标定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过RFID天线发射无线射频信号，并接收由设置在目标上的RFID标签反射的无线射频信号，并将反射信号发送至RFID阅读器；S2、在RFID阅读器中根据反射信号获取RFID标签的信号强度和相位信息，并将信号强度和相位信息发送至控制系统；S3、通过激光传感器采集目标的距离和角度，并将采集到的距离和角度信息发送至控制系统；S4、在控制系统中使用粒子滤波器融合RFID标签的信号强度和相位信息以及激光传感器采集的距离和角度信息，实现对动态目标的定位。3.根据权利要求2所述的动态目标定位方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下分步骤：S41、初始化粒子滤波器，构建表示运动目标位置的带权重粒子；S42、通过粒子滤波器预测运动目标的位置；S43、根据RFID标签的信号强度信息构建RFID信号强度模型，并使用RFID信号强度模型对粒子权重进行更新；S44、对激光传感器采集的距离和角度信息进行聚类处理，计算目标运动速度；S45、根据两个相邻时刻的RFID相位差计算目标运动速度；S46、将步骤S44中通过聚类处理计算得到的速度与步骤S45中通过RFID相位差计算得到的速度进行匹配；S47、根据步骤S46的匹配结果对粒子权重的更新进行约束；S48、对所有粒子进行重采样，保留权重大于权重阈值的粒子，去除权重小于权重阈值的粒子，计算粒子集的平均值，得到运动目标的位置。4.根据权利要求3所述的动态目标定位方法，其特征在于，所述步骤S41具体为：初始化粒子滤波器，将运动目标位置采用一组带权重的粒子表示：其中表示粒子的二维坐标，表示粒子的权重，下标t表示t时刻的粒子，上标[n]表示第n个粒子，N为粒子总数。5.根据权利要求4所述的动态目标定位方法，其特征在于，所述步骤S42中通过粒子滤波器预测运动目...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冉，姚望，梁高丽，申剑涛，张华，付余路，王姮，肖宇峰，刘满禄，张静，张敦凤，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51