射頻識(shí)別RFID技術(shù)原本設(shè)計(jì)用于替代條形碼和二維碼來實(shí)現(xiàn)物體自動(dòng)化識(shí)別。近些年來,許多研究學(xué)者開始嘗試?yán)闷鋵?shí)現(xiàn)物體空間定位、方向追蹤、材質(zhì)識(shí)別以及人體呼吸心率檢測等,這使得其應(yīng)用初衷得到極大擴(kuò)展。本文主要從基于無源RFID的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)追蹤、靜態(tài)目標(biāo)定位、非視距下無傳感器目標(biāo)運(yùn)動(dòng)感知以及多標(biāo)簽環(huán)境下互耦干擾抑制四個(gè)方面展開研究。本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括:（1）針對RFID動(dòng)態(tài)目標(biāo)追蹤中基于相位差方案對于噪聲干擾容忍性弱的問題,本文提出了一種基于差分相位整周未知數(shù)的運(yùn)動(dòng)標(biāo)簽追蹤系統(tǒng)Track T。該系統(tǒng)能夠在已知和未知標(biāo)簽運(yùn)動(dòng)模式下實(shí)現(xiàn)高精度的標(biāo)簽軌跡追蹤。與以往工作不同的是,相位周期性（即相位整周未知數(shù),2π整數(shù)倍）通常被視為一個(gè)導(dǎo)致標(biāo)簽位置不確定性的負(fù)面因素。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)創(chuàng)造性地依據(jù)由相鄰采樣點(diǎn)相位差計(jì)算得到的相位整周未知數(shù)差來判定標(biāo)簽位置,其具有噪聲不敏感的特性。在已知標(biāo)簽運(yùn)動(dòng)模式下,本文設(shè)計(jì)了一種基于相位整周未知數(shù)差的匹配規(guī)則實(shí)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)候選未知初步篩選。由于這些候選點(diǎn)相距至少半個(gè)波長,利用相位差能夠有效地評估它們?yōu)闃?biāo)簽初始點(diǎn)的可能性。在未知標(biāo)簽運(yùn)動(dòng)模式下,系統(tǒng)需要同時(shí)估計(jì)其初始點(diǎn)以及后續(xù)軌跡。給定所有網(wǎng)格點(diǎn)作為初始猜測值,利用一階泰勒展開式估算出相鄰采樣時(shí)刻標(biāo)簽位移。在收集足夠數(shù)量的樣本后,利用追蹤已知標(biāo)簽運(yùn)動(dòng)軌跡的方法計(jì)算出最優(yōu)標(biāo)簽初始點(diǎn)位置。在低干擾的環(huán)境下,系統(tǒng)利用4根分散部署在監(jiān)控區(qū)域周圍的天線能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級(jí)的高精度目標(biāo)軌跡追蹤。（2）針對RFID靜態(tài)目標(biāo)定位系統(tǒng)中天線未知運(yùn)動(dòng)軌跡和三維空間定位實(shí)時(shí)性問題,本文提出了一種計(jì)算機(jī)視覺輔助的靜態(tài)標(biāo)簽定位系統(tǒng)RF-MVO。相比于單一RFID系統(tǒng),RFMVO引入一個(gè)固定于讀寫器天線上的輕量級(jí)單目相機(jī)。在天線移動(dòng)過程中,利用計(jì)算機(jī)視覺中的單目視覺里程計(jì)技術(shù)得到天線在相機(jī)視圖中的運(yùn)動(dòng)軌跡,結(jié)合相位的深度信息,本文設(shè)計(jì)了一種融合算法來計(jì)算用于相機(jī)視圖至真實(shí)世界視圖下天線軌跡變換的尺度因子,同時(shí)也能夠輸出標(biāo)簽在空間中的角度。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建一系列空間直線求交點(diǎn)的方法實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽位置的估計(jì)。另外,為了提高定位實(shí)時(shí)性,本文提出了一種由粗糙至精細(xì)的優(yōu)化算法,其能夠保證在不明顯損失定位精度的情況下大幅降低計(jì)算量。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的相機(jī)與RFID相位樣本融合定位以及優(yōu)化算法有效性,在使用2根天線的情況下,系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)約6.23 cm的空間定位精度。（3）針對非視距下障礙物鏡面效應(yīng)以及弱可信的信號(hào)特征影響基于RFID技術(shù)的被動(dòng)式無傳感器感知精度的問題,本文提出了一種利用標(biāo)簽平面陣列來實(shí)現(xiàn)可信的人體運(yùn)動(dòng)穿墻感知系統(tǒng)RF-HMS。為了捕捉微弱的人體反射信號(hào),系統(tǒng)首先利用多個(gè)RFID標(biāo)簽構(gòu)建標(biāo)簽陣列。而后,本文設(shè)計(jì)了一種差分模型來消除墻體產(chǎn)生的強(qiáng)反射干擾,并且通過提取該模型的相位特征來檢測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)是否存在任何移動(dòng)的人員,以及識(shí)別該運(yùn)動(dòng)目標(biāo)前后運(yùn)動(dòng)方向。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在系統(tǒng)感知范圍內(nèi)其能夠?qū)崿F(xiàn)100%的人體運(yùn)動(dòng)感知準(zhǔn)確率和90%以上人體運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別準(zhǔn)確率。（4）針對多標(biāo)簽系統(tǒng)中相鄰RFID標(biāo)簽互耦效應(yīng)導(dǎo)致信號(hào)指紋（接收信號(hào)強(qiáng)度和相位）失真的問題,本文提出了一種基于先驗(yàn)知識(shí)的標(biāo)簽互耦干擾抑制系統(tǒng)RF-Mirror。本文首先分析了多標(biāo)簽場景下響應(yīng)標(biāo)簽的信號(hào)傳播路徑,提出了全新的能夠表征標(biāo)簽互耦影響的接收信號(hào)強(qiáng)度/相位-距離模型。基于該模型,提出了一種利用有/無互耦情況下信號(hào)指紋來分析耦合效應(yīng)對標(biāo)簽輻射模式影響的方法。另外,通過模型分析可知,影響標(biāo)簽互耦效應(yīng)的主要因素是標(biāo)簽陣列相對于讀寫器天線的方向,而非標(biāo)簽至讀寫器天線的距離,因此通過預(yù)先收集陣列中每個(gè)標(biāo)簽在相對于天線不同方向上互耦效應(yīng)導(dǎo)致信號(hào)指紋的偏差,本文設(shè)計(jì)一種基于該先驗(yàn)值的去耦合算法來校正信號(hào)指紋偏差。實(shí)驗(yàn)證明了所提出的接收信號(hào)強(qiáng)度/相位-距離模型的有效性,并且系統(tǒng)在計(jì)算接收信號(hào)強(qiáng)度/相位差中的去耦合誤差為0.422 d B和0.076 radians。

基本信息

題目	基于無源RFID的目標(biāo)位置感知及多標(biāo)簽互耦干擾抑制研究
文獻(xiàn)類型	博士論文
作者	王忠勤
作者單位	南京郵電大學(xué)
導(dǎo)師	陳國良
文獻(xiàn)來源	南京郵電大學(xué)
發(fā)表年份	2020
學(xué)科分類	信息科技
專業(yè)分類	計(jì)算機(jī)軟件及計(jì)算機(jī)應(yīng)用
分類號(hào)	TP391.44
關(guān)鍵詞	射頻識(shí)別,定位,視覺里程計(jì),被動(dòng)式感知,互耦效應(yīng)
總頁數(shù)：	121
文件大?。?/td>	16490K

論文目錄

摘要

Abstract

專用術(shù)語注釋表

第一章 緒論

1.1 背景及意義

1.2 研究現(xiàn)狀及主要問題

1.2.1 研究現(xiàn)狀

1.2.2 主要問題

1.3 研究內(nèi)容及關(guān)鍵挑戰(zhàn)

1.3.1 運(yùn)動(dòng)標(biāo)簽追蹤研究

1.3.2 靜態(tài)標(biāo)簽空間定位研究

1.3.3 非視距無傳感器目標(biāo)位置感知研究

1.3.4 多標(biāo)簽下互耦干擾抑制研究

1.4 論文組織結(jié)構(gòu)

第二章 基于相位整周未知數(shù)的高精度運(yùn)動(dòng)標(biāo)簽追蹤

2.1 引言

2.2 相關(guān)概念介紹

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 已知運(yùn)動(dòng)模式下標(biāo)簽定位

2.3.2 未知運(yùn)動(dòng)模式下標(biāo)簽追蹤

2.3.3 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性優(yōu)化

2.4 實(shí)驗(yàn)

2.4.1 系統(tǒng)實(shí)施

2.4.2 已知運(yùn)動(dòng)軌跡下定位性能

2.4.3 未知運(yùn)動(dòng)軌跡下標(biāo)簽追蹤性能

2.5 討論

2.5.1 多徑干擾

2.5.2 標(biāo)簽與天線中心在不同平面

2.6 本章小結(jié)

第三章 單目視覺里程計(jì)輔助的靜態(tài)標(biāo)簽空間定位

3.1 引言

3.2 視覺里程計(jì)介紹

3.3 空間波達(dá)方向和尺度因子搜索

3.3.1 空間能量譜構(gòu)造

3.3.2 三維空間定位

3.4 標(biāo)簽位置和尺度因子優(yōu)化

3.5 最佳標(biāo)簽位置和比例因子選擇

3.6 系統(tǒng)部署

3.7 實(shí)驗(yàn)

3.7.1 實(shí)驗(yàn)方法與評估度量

3.7.2 水平精度因子評估性能

3.7.3 標(biāo)簽定位性能

3.7.4 相機(jī)/天線軌跡恢復(fù)性能

3.7.5 陣列陣元數(shù)量的影響

3.7.6 角度與尺度因子搜索間距的影響

3.7.7 標(biāo)簽類型的影響

3.7.8 多徑干擾的影響

3.7.9 標(biāo)簽互耦的影響

3.7.10 系統(tǒng)應(yīng)用-錯(cuò)放圖書檢測

3.8 討論

3.9 本章小結(jié)

第四章 反向散射信號(hào)驅(qū)動(dòng)的非視距無傳感器目標(biāo)位置感知

4.1 引言

4.2 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)

4.3 多徑信號(hào)建模

4.3.1 信道傳遞函數(shù)

4.3.2 多徑環(huán)境下信號(hào)傳播建模

4.4 人體運(yùn)動(dòng)檢測

4.5 人體運(yùn)動(dòng)方向追蹤

4.5.1 運(yùn)動(dòng)人體反射提取

4.5.2 人體運(yùn)動(dòng)方向自動(dòng)檢測

4.6 實(shí)驗(yàn)方法

4.6.1 實(shí)驗(yàn)部署

4.6.2 實(shí)驗(yàn)部署與方法

4.6.3 人體運(yùn)動(dòng)感知距離

4.6.4 設(shè)備噪聲消除

4.6.5 人體運(yùn)動(dòng)方向感知精度

4.6.6 標(biāo)簽數(shù)目的影響

4.6.7 人體移動(dòng)速度的影響

4.6.8 標(biāo)簽陣列與讀寫器天線距離的影響

4.7 本章小結(jié)

第五章 面向多標(biāo)簽系統(tǒng)的互耦干擾抑制

5.1 引言

5.2 標(biāo)簽互耦建模

5.2.1 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)

5.2.2 互耦效應(yīng)下信號(hào)傳播建模

5.2.3 互耦效應(yīng)下接收信號(hào)強(qiáng)度/相位-距離模型

5.2.4 無互耦效應(yīng)下接收信號(hào)強(qiáng)度/相位-距離模型

5.2.5 與現(xiàn)有接收信號(hào)強(qiáng)度/相位-距離模型比較

5.3 互耦效應(yīng)下標(biāo)簽輻射模式估計(jì)

5.3.1 雙標(biāo)簽陣列中接收信號(hào)強(qiáng)度/相位耦合項(xiàng)簡化

5.3.2 有/無互耦效應(yīng)下信號(hào)指紋收集

5.3.3 標(biāo)簽相位偏移估計(jì)

5.3.4 互耦效應(yīng)下標(biāo)簽輻射模式估計(jì)

5.4 標(biāo)簽互耦校正

5.4.1 不同標(biāo)簽至讀寫器天線方向上先驗(yàn)值收集

5.4.2 接收信號(hào)強(qiáng)度與相位測量值中耦合干擾移除

5.5 實(shí)驗(yàn)部署與評估

5.5.1 實(shí)驗(yàn)部署

5.5.2 實(shí)驗(yàn)評估

5.5.3 標(biāo)簽互耦建模有效性

5.5.4 標(biāo)簽互耦對標(biāo)簽相位中心的影響

5.5.5 在視距和非視距條件下標(biāo)簽互耦干擾抑制性能

5.5.6 多徑干擾及標(biāo)簽至天線距離影響

5.5.7 標(biāo)簽間距的影響

5.5.8 單極子和雙極子標(biāo)簽的影響

5.6 本章小結(jié)

第六章 總結(jié)與展望

6.1 總結(jié)

6.2 展望

參考文獻(xiàn)

附錄1 攻讀博士學(xué)位期間撰寫的論文

附錄2 攻讀博士學(xué)位期間的所獲獎(jiǎng)勵(lì)

附錄3 攻讀博士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目

致謝

參考文獻(xiàn)

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