1.一种基于射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)标签阵列测角的室内定位系统,其特征在于包含一个RFID读写器、RFID标签阵列、多个RFID读写器天线、一台数据处理终端、若干网线和若干射频线;所述RFID标签阵列由多个同类型RFID标签组成,RFID读写器和RFID读写器天线实现定位所需的相位信息采集,所述系统的数据处理终端负责RFID读写器控制、数据处理和定位解算。
2.根据权利要求1所述的一种基于RFID标签阵列的测角定位系统,其特征在于包含一种针对固定RFID标签阵列耦合相位误差的测量方法,其特征在于包含以下步骤:步骤S1、对一个包含N个标签的RFID标签阵列,在每个固定位置放置对应的RFID标签,使用读写器采集阵列中所有标签的相位值 以第一个标签作为参考标签,计算并记录参考标签与其他标签的相位差
步骤S2、将其它标签从标签阵列中移除,只保留一个参考标签和一个待测标签,读写器采集这两个标签的相位值 和 计算并记录其相位差步骤S3、计算 并将其作为该对标签相位差中由标签耦合引入的相位误差,用于标签阵列的相位差误差校准;
步骤S4、重复步骤S2和步骤S3,测量阵列中任意标签与参考标签相位差中由标签耦合引入的相位差误差,用于对标签阵列中所有其它标签与参考标签的相位差校准。
3.根据权利要求1所述的一种基于RFID标签阵列的室内定位系统,其特征在于包含一种基于标签阵列测角的室内定位方法,其特征在于包含以下步骤:步骤S1、天线相对于标签阵列的信号到达角θ的估计。读写器发射通道与接收通道共用一个天线,接收信号可以看作是天线发射信号s(t)以角度固定θ入射标签阵列,经标签阵列以相同角度反向散射回到接收天线的信号。由于天线与标签阵列中不同阵元的距离存在差异,在接收信号中体现为相移,接收天线t时刻接收到的第i个标签阵元的反向散射信号可以表示为:
其中,s(t)表示天线发射信号,ri为天线与第i个标签阵元间的链路距离,λ表示波长,ni(t)为噪声。将接收到的N个标签阵元的所有反向散射信号进行组合得:X(t)=AS(t)+N(t) (2)其中,X(t)为阵列的M×1维快拍数据矢量,M表示信号的快拍数,N(t)为阵列的M×1维噪声数据矢量,S(t)为空间信号的K×1维矢量,K为入射信号的个数,A为标签阵列的M×K维流行矩阵(导向矢量矩阵),且A=[α(θ1),α(θ2),...,α(θK)]。以标签阵列左侧第一个标签阵元为参考,A中的任意一列α(θi)可以表示为:使用读写器对标签阵列中所有阵元标签的相位信息进行采集,并计算得每个阵元标签在t时刻与参考标签的相位差 其中 表示在t时刻标签i与参考标签的相位差。根据权利要求2所述的RFID标签阵列耦合相位误差测量方法,使用测量的耦合相位差误差对该相位差进行校准,以校准后的相位对标签阵列t时刻的接收信号进行重构得:
将重构信号的协方差矩阵进行特征分解,根据特征值大小分解为信号子空间和噪声子空间,利用噪声子空间和信号子空间的正交性,使用MUSIC(Multiple Signal Classification)算法对天线信号到达角进行估计。
步骤S2、标签阵列的姿态角检索。在定位场景中布置L(L≥3)个读写器天线,使用步骤S1中的方法对所有天线的信号到达角进行估计。三个读写器天线在同一直线上,设最左侧天线为坐标原点,三个天线所在直线为x轴建立直角坐标系,三个读写器天线坐标分别为A1(0,0)、A2(D1,0)、A3(D1+D2,0),设步骤S1中三根天线的信号到达角估计结果分别为θ1′,θ2′,θ3′。利用天线信号到达角、天线姿态角和标签相对天线的方向角之间的几何关系,在固定范围内遍历所有的α角,对标签阵列的姿态角进行检索估计:步骤S3、获得标签阵列的姿态角以后,即可得出标签阵列中心相对天线Ai的方向角βi=*
θ′i+α(i=1,2,3)。设标签阵列中心的位置为(xc,yc),天线Ai的坐标为(xi,yi),则β1、β2和β3满足:
上式中任意两个方程的组合可解出三个不同的解{(xc1,yc1),(xc2,yc2),(xc3,yc3)},取三个交点坐标的均值作为目标的最终定位结果:至此,实现了目标物体的定位和姿态估计。