1.一种基于移动RFID阅读器和双标签的三维高精度目标感知方法,其特征在于,包括步骤如下:S1,将RFID阅读器装载于机器人上,通过机器人的运动来收集一组粘贴在被感知目标上的标签所反射的RSS及相位信息;并对RSS和相位信息进行滤波;
S2,根据滤波后的RSS信息获取标签的RSS峰值时刻,将此峰值与机器人运动的速度相乘,得到标签相对于货架长度方向x维度的粗略位置信息;随后,基于预处理后的相位信息估计被感知目标沿货架深度方向y维度和高度方向z维度的粗略位置信息;
S3,将得到的待测目标长度、高度和深度信息作为初始值,基于MRRDT算法对被感知目标的位置信息进一步校准,获得精确的位置信息。
2.根据权利要求1所述的基于移动RFID阅读器和双标签的三维高精度目标感知方法,其特征在于,步骤S1中,对机器人移动的总时间段进行N次采样,设标签Ta在tn时刻获得的来自第i根天线的RSS值为rssa,i(tn),标签Tb在tn时刻获得的来自第i根天线的RSS值为rssb,i(tn);其中,i=1、2,分别对应阅读器的上天线和下天线;n∈[1,N],则得到机器人总的运动时长采集到的所有RSS值,构成矩阵如下:T
RSS=[rssa,1 rssb,1 rssa,2 rssb,2]其中,
rssa,i=[rssa,i(t1),...,rssa,i(tn),...,rssa,i(tN)]rssb,i=[rssb,i(t1),...,rssb,i(tn),...,rssb,i(tN)]其中,S表示采样次数,tn,s表示在时刻tn的第s个采样点得到的RSS;
定义标签a与标签b的信号强度差值为disRSSa,b,则有:其中,rssa(tn)为在tn时刻阅读器接收到来自标签a的信号强度,rssb(tn)为在tn时刻阅读器接收到来自标签b的信号强度。
3.根据权利要求2所述的基于移动RFID阅读器和双标签的三维高精度目标感知方法,其特征在于,步骤S1中,对时刻tn采集到的信号强度值rss(tn)进行高斯滤波,随后,对同一时刻获得的多组值取平均值进行平滑处理,处理后的RSS矩阵为RSS′,表示为:T
RSS′=[rss′a,1 rss′b,1 rss′a,2 rss′b,2]其中,
rss′a,i=[rss′a,i(t1),...,rss′a,i(tn),...,rss′a,i(tN)]rss′b,i=[rss′b,i(t1),...,rss′b,i(tn),...,rss′b,i(tN)]其中,i=1、2,分别对应阅读器的上天线和下天线。
4.根据权利要求3所述的基于移动RFID阅读器和双标签的三维高精度目标感知方法,其特征在于,步骤S2中,待测目标在x维度的初始位置估计实现步骤如下:设RSS′的峰值所对应的时刻分别为ta,1、ta,2、tb,1、tb,2,令t⊥表示目标距离天线最近的时刻,则有:得到待测目标在x维度的初始位置估计值 表示为:
其中,v表示机器人的移动速度。
5.根据权利要求3所述的基于移动RFID阅读器和双标签的三维高精度目标感知方法,其特征在于,步骤S2中,采用双标签相位模型来估计待测目标在y和z维度的位置,具体实现步骤如下:S21,设定待测目标分别粘贴了上、下两个标签Ta和Tb,两个标签之间的距离为da,b,da,i(tn)、db,i(tn)分别表示时刻tn阅读器的第i根天线与标签Ta和Tb之间的距离,则有:其中, 分别表示tn时刻标签Ta、Tb和阅读器的第i根天线之间的相位校准值,λ表示阅读器所发射的电磁波对应的波长;
S22,天线Ai在整个进程中的每个时刻与标签Ta、Tb所对应的距离向量da,i、db,i分别表示为:da,i=[da,i(t1),...,da,i(tn),...,da,i(tN)]db,i=[db,i(t1),...,db,i(tn),...,db,i(tN)]在tn时刻,Ai所在位置为Ai(tn),过点Ai(tn)作标签Ta、Tb所在直线的垂线,交于点Gi,那么标签Ta和Ai(tn)及Gi三点可构成直角三角形,且标签Tb和Ai(tn)及Gi三点也可构成直角三角形;故在时刻tn有:其中, 表示tn时刻标签Tb和投影点Gi之间的距离;
则有:
再待测目标的位置关系得此时刻估计的目标z维度位置zT,i(tn)满足下式:再对所有时刻的待测目标的z维度估计值zT,i取平均,则有:同时,在标签Tb和Ai(tn)及Gi三点所构成的直角三角形中有:其中, 为tn时刻的点Gi与天线Ai(tn)之间的距离;
然而y维度的真实位置仅在天线垂直于标签t⊥时刻求得,令实际y值为 结合整个进程求解tn时刻所对应的y值,则有:式中t⊥表示目标距离天线最近的时刻,v表示机器人的移动速度;
再对y(tn)求整个进程的平均值 其中,tn∈[t1,tN],则有:对上天线A1、下天线A2所获得的两组 取平均值有:最终,得到待测目标的初始位置粗估计值为 为待测目标在x维度的初始位置估计值。
6.根据权利要求5所述的基于移动RFID阅读器和双标签的三维高精度目标感知方法,其特征在于,步骤S3中,采用基于泰勒级数展开的校准算法,对初始位置估计值 进一步校准,具体实现步骤如下:将整个时间进程tN被平均分为三个等长的部分,分别为[t1,...,tw]、[tw+1,...,t2w]、[t2w+1,...,tN],其中N=3w;设与tn、tn+w和tn+2w三个时刻对应的上天线A1位置分别为R1、E1、J1,在相同时刻下天线A2所对应的位置分别为R2、E2、J2;标签Ta和R1、E1及J1四点构成一个平面,设标签Ta在R1、E1与J1三点所在直线的投影点为M1,故R1、E1与J1三点分别与标签Ta、M1两点构成三个直角三角形 和 因此有:再由标签Ta在不同时刻存在后向散射的相位与距离的对应关系,得到:在Xa,1A1(t1)Ya,1平面中,标签Ta的位置表示为(xa,1,ya,1),结合标签Ta在三维校准坐标系和二维平面坐标系中的位置关系,得到:由于速度v以及时间点tn、tn+w、tn+2w已知,故得到:联合上述四式得到:
并进行泰勒级数展开,并待测目标的x维度和y维度的粗估计 作为初始值,得到:其中,
得到标签Ta分别在二维平面中的Xa,1轴、Ya,1轴投影分别为xa,1、ya,1,分别对应其中, 为待测目标的标签Ta的x轴真实位置;
同理,标签Ta和R2、E2及J2四点构成一个平面,求得 其中,为待测目标的标签Ta的x轴真实位置;
将得到的xa,1、xa,2为估计的标签Ta在x轴位置,取均值处理,则有:其中,xa为标签Ta的真实x轴位置估计;
设M1、M2所在直线投影于x轴相交于点oM,取M1、M2所在直线为zM轴,过oM点平行于y轴的直线为yM轴;在校准算法yoz平面坐标系中,标签Ta此时在zM轴投影点记为p、M2与标签Ta构成直角三角形且p、M1与标签Ta构成直角三角形,故得:其中, 为p与M1点之间的距离;最终得到:
则三维坐标(xa,ya,za)为tn、tn+w、tn+2w三个时刻通过校准算法获取的标签Ta的三维坐标;
取x维度的估计值的方差的倒数 作为权重对x维坐标进行校准,得到待测目标的x维度坐标更新为:其中,xa,fin为更新后的标签Ta的x维坐标,xb,fin为更新后的标签Tb的x维坐标;
最后,得到待测目标的最终三维坐标位置估计为