基于相位的多频全息定位方法及自动识别物品的存储柜

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及基于相位的多频全息定位方法及自动识别物品的存储柜。

背景技术

室内定位主要有基于红外线、超声波、蓝牙、RFID等的定位技术。其中，RFID技术既可以实现在物品定位前对物品的自动识别功能，又可以利用RFID技术实现物品定位功能。且RFID技术凭借其自动识别、低成本、无源通信等优势，成为物联网中不可或缺的一项技术，为物物相连提供重要的技术支撑。RFID系统由射频标签，读写器和软件系统组成。RFID读写器可以在电磁场中与射频标签通信，可以对询问区域内的射频标签进行读取识别。无源RFID射频标签凭借其价格低廉、体积小、非接触式通信、在识别过程中不需要人为操作、能在恶劣条件下使用等优势，已被广泛应用于供应链管理和仓储中，以实现对物体的自动识别和跟踪。

以往设备带射频标签物品均放入库房设备架中。管理方面的还处于人工登记管理带射频标签物品设备型号，数量出入库状态，即使在管理人员使用计算机也仅仅充当人工录入使用，基本由人工确认所领取货物的信息，这种物品登记方法不仅速度慢，而且在设备品种多，办理设备出入手续的人员过多，无法迅速处理，出错率较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出基于相位的多频全息定位方法及自动识别物品的存储柜，将先进的RFID技术同仓储管理有机结合起来，代替了原有的人工管理操作，从而可对放在存储柜内的多个储物箱同时进行自动盘点验证。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

基于相位的多频全息定位方法，包括如下步骤：

S1，将待定位区域划分为x×y个网格，计算整个待定位区域所有网格的像素值，构建反映待定位区域所有网格像素值的全息图；

S2，天线移动m个位置，在移动的每个位置上发射n个频率，将同一位置处不同频率下的反映待定位区域所有网格像素值叠加，获得每个位置的全息图；然后将每个位置生成的全息图进行叠加，生成最后的全息图，最后的全息图中像素值最大的网格即为射频标签的实际位置；

S3，获取天线位于不同位置上多径干扰的严重程度，并根据所述严重程度在生成全息图时设置对应的权重对射频标签的实际位置进行修正。

优选地，步骤S1具体包括如下步骤，假设射频标签的位置坐标为(x

将每个网格计算的理论相位值与读写器实际读取到的射频标签相位值的相似性转化为该网格的像素值进行表示，当天线位置在(x

其中，J表示虚数，θ

优选地，步骤S2具体包括如下步骤，天线移动m个位置，在移动的每个位置上发射n个频率构建多频虚拟天线阵列，将全息图进行叠加，生成最后的全息图中像素值最大的网格即为射频标签的实际位置：

其中，l表示虚拟天线的数量，c表示载波信道的数量。

优选地，步骤S3具体包括如下步骤，假设第c个信道下读写器对射频标签多次读取后测量的平均相位值为

一共有n个信道，因此共有n-1个相位差值，利用熵函数求得该天线位置n-1个相位差值的相似性为：

其中，Δθ

根据相似性的不同对应设置不同的权重，具体计算公式为：

引入权重后，像素值的计算公式变为：

一种自动识别物品的存储柜，包括储存柜和储存柜内放置的若干个带射频标签的储物箱、以及与所述射频标签向适配的读写器和人机交互式电脑，其中，

所述射频标签，用于与读写器通信，记录待定位的储物箱的相关数据信息；

所述天线，用于移动m个位置，在移动的每个位置上发射n个频率；

所述读写器，用于获取天线每个位置下不同频率所检测到的射频标签信息，将每个位置处不同频率下的反映待定位区域所有网格像素值叠加，获得每个位置的全息图；然后将每个位置生成的全息图进行叠加，生成最后的全息图，最后的全息图中像素值最大的网格即为射频标签的实际位置；用于获取天线位于每个位置上多径干扰的严重程度，并根据所述严重程度在生成全息图时设置每个位置对应的权重对射频标签的实际位置进行修正，并将修正后的射频标签位置发送至人机交互式电脑中；

所述人机交互式电脑，用于发布指令至读写器，以控制读写器进行信息获取；用于根据获取的射频标签的相关数据信息进行物品管理。

优选地，所述射频标签为可擦写UHF射频标签。

优选地，所述射频标签采用防水密封的方式或通过紧固件方式设置于储物箱上。

优选地，所述人机交互式电脑为触屏电脑。

优选地，所述人机交互式电脑设置于储存柜上。

基于上述技术方案，本发明的有益效果是：

1)本发明在存储柜的定位方法中使用多频虚拟天线阵列，天线的发射频率可以改变，相当于创造了更多的虚拟天线，在同一天线位置处读取的信号数量越多，全息定位的精度更高；

2)本发明对虚拟天线阵列的部署位置进行优化，通过检测不同位置多径干扰的强弱，在生成全息图时设置不同的权重以减小多径干扰对定位误差的影响，进一步提高定位精度；

3)本发明通过将先进的RFID技术同仓储管理有机结合起来，代替了原有的人工管理操作，从而可对放在储存柜上的多个储物箱同时进行自动盘点验证，较之以往的人工办理，大大提高了结算效率和准确性。

附图说明

图1是一个实施例中基于相位的多频全息定位方法流程图；

图2是一个实施例中天线位移示意图；

图3是一个实施例中多径干扰下相位值变化示意图；

图4是一个实施例中一种自动识别物品的存储柜的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明提供一种基于相位的多频全息定位方法，该方法应用于自动识别物品的存储柜中，包括如下步骤：

S1，将待定位区域划分为x×y个网格，计算整个待定位区域所有网格的像素值，构建反映待定位区域所有网格像素值的全息图。

本实施例中，对存储柜进行定位之前首先进行全息图的构建，将待定位区域划分为x×y个网格，并认为每个网格都有可能是待定位标签所在的位置。假设标签的位置坐标为(x

通过比较计算得到的理论相位值θ

将每个网格计算的理论相位值与阅读器实际读取到的标签相位值的相似性转化为该网格的像素值进行表示。当天线位置在(x

其中，J表示虚数，e为指数，θ

S2，天线移动m个位置，在移动的每个位置上发射n个频率，将同一位置处不同频率下的反映待定位区域所有网格像素值叠加，获得每个位置的全息图；然后将每个位置生成的全息图进行叠加，生成最后的全息图，最后的全息图中像素值最大的网格即为射频标签的实际位置。

本实施例中，构建多频虚拟天线阵列。由于部署多个天线的成本较高，因此本发明通过天线的移动创造多个虚拟天线。如图2所示，在每个天线位置，都对所有网格的像素值进行计算，生成一幅全息图。假设天线共移动了m个位置，最后生成m幅全息图，将这m幅全息图叠加，最终生成一幅全息图：

像素值在[0,m]变化，其大小代表了标签位于该网格的可能性，进行多次全息图叠加后，标签所在网格的像素值不断增大，所有网格中像素值最大的网格即为标签的实际位置。全息图的叠加次数越多，像素值越准确。

本发明提出一种多频全息定位技术，通过改变每个位置天线的发射频率，创造更多的虚拟天线。天线每移动到一个位置，不再只是发射单一的频率，而是发射多个频率。l表示虚拟天线的数量，c表示载波信道的数量。假设天线一共选取了m个位置，在每个位置上发射n个频率。在每个频率，阅读器收集多次读取的相位值，对其取平均值作为该频率下标签的测量相位值，代入像素值计算公式。将同一位置处不同频率下的像素值叠加，作为天线在该位置时发射不同频率生成的多幅全息图的叠加。天线在每个位置都按此方法进行计算，将每个位置生成的全息图进行叠加，最后生成的全息图中像素值最大的网格即为标签的实际位置。计算公式如下所示：

S3，获取天线位于不同位置上多径干扰的严重程度，并根据所述严重程度在生成全息图时设置对应的权重对射频标签的实际位置进行修正。

本实施例中，对虚拟天线阵列部署位置进行优化。环境干扰会对相位测量产生一定的影响，从而影响标签的定位精度。由于室内环境中障碍物的存在，天线接收到的电磁波信号不一定都是从标签反射回来的直接路径信号，也有可能是从墙、柜子等其他物体反射回来的信号。多径传播是很明显的，RFID阅读器读取到的相位值是多个路径上不同信号相位值的叠加。在室内环境中，多径干扰较为严重，使RFID标签的定位难以达到较高的精度。多径效应的存在是无法避免的，但是不同位置处多径的干扰不同，可以优化虚拟天线的部署位置，以减小多径效应对定位误差的影响。

本发明采用虚拟天线阵列，利用不同位置的天线发射和接收电磁波，因此在天线位置的选取上需进一步改进，以将多径效应的影响降到最低。利用不同位置的天线构建虚拟天线阵列。因此，需要设计一种对某一位置多径干扰强弱的检测方法，选取多径干扰较小的位置，实现虚拟天线阵列部署位置的优化。天线频率为f

其中，其中k为整数，光速c为3×10

在没有多径干扰的情况下，相位值将会随频率的变化发生线性有规则的变化。在强多径环境下，由于电磁波信号不是沿直接路径传播，而是混入很多的反射信号，阅读器读取的相位值是多个信号相位值的矢量叠加，因此相位值随频率的变化发生不规则的变化。如图3所示，不同位置的标签A和B的变化情况。

可以通过分析频率变化时相位值的变化情况判断某一位置处的多径干扰强弱，之后选取多径干扰较小的天线位置用于全息图的生成。假设天线共发射n个不同的频率，则相当于有n个信道。需要比较连续信道之间相位差值的相似性，引入熵函数进行计算。假设第c个信道下阅读器对标签多次读取后测量的平均相位值为

一共有n个信道，因此共有n-1个相位差值。通过分析天线在某一位置时，各个相邻频率读取的相位差值的相似性，根据相似性的大小判断该天线位置多径干扰是否严重。利用熵函数求得该天线位置n-1个相位差值的相似性为：

其中，Δθ

权值函数设置为：

引入权值函数后，像素值的计算公式变为：

在一个实施例中提出一种自动识别物品的存储柜，如图4所示，包括储存柜和储存柜内放置的若干个带射频标签的储物箱、以及与所述射频标签向适配的天线、读写器和人机交互式电脑，其中，

所述射频标签，用于与读写器通信，记录待定位的储物箱的相关数据信息；

所述天线，用于移动m个位置，在移动的每个位置上发射n个频率；

所述读写器，用于获取天线每个位置下不同频率所检测到的射频标签信息，将每个位置处不同频率下的反映待定位区域所有网格像素值叠加，获得每个位置的全息图；然后将每个位置生成的全息图进行叠加，生成最后的全息图，最后的全息图中像素值最大的网格即为射频标签的实际位置；用于获取天线位于每个位置上多径干扰的严重程度，并根据所述严重程度在生成全息图时设置每个位置对应的权重对射频标签的实际位置进行修正，并将修正后的射频标签位置发送至人机交互式电脑中；

所述人机交互式电脑，采用触屏电脑并设置于储存柜上，用于发布指令至读写器，以控制读写器进行信息获取；用于根据获取的射频标签的相关数据信息进行物品管理。

本实施例中，所述射频标签是UHF射频标签，通过存储柜对应的读写器及能对该射频标签存入或取出时的状态位进行盘点。本例中射频标签经固定安装在储物箱体上。本例考虑储物箱的特殊性，其状态不同于以往的物资标签，需封装完好，采用防水密封的方式或通过紧固件方式固定于储物箱上，外壳抵抗外围碰撞等承受能力，保持标签不脱落、不变形，并抵挡各种磨损，保持品质的稳定性，但不仅限于此，也可在储物箱制作完过程中直接将射频标签封入箱体内并而构成一体的带射频标签的储物箱。

存储柜上设置有人脸识别摄像头和指纹识别一体机，通过人脸识别摄像头进行人脸识别，通过指纹识别一体机进行指纹识别，当人脸识别和/或指纹识别匹配通过后则开启存储柜的柜门，存储柜上还设置有条码扫描头、监控摄像头和电脑音箱等。

以上所述仅为本发明所公开的基于相位的多频全息定位方法的优选实施方式，并非用于限定本说明书实施例的保护范围。凡在本说明书实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的保护范围之内。