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超高頻RFID定位的相位式測距方法研究

作者: 時間:2014-07-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/259356.htm

通 過修改標(biāo)簽反向散射信息過程中閱讀器發(fā)送的單頻CW信號的形式,即將一個低頻的副載波信號以AM調(diào)制的方式調(diào)制到CW信號上。對于修改后的CW信號,將發(fā) 送信號s(t)和接收信號r(t)分別進行帶通采樣和A/D轉(zhuǎn)換后送入數(shù)字域,并采用方法估計收發(fā)信號中副載波分量的相位φs和φr,計算得 到收發(fā)副載波信號的相位差△φ,設(shè)副載波頻率為f0,則閱讀器與標(biāo)簽之間的距離可表示為

在整個定位系統(tǒng)中,我們采用多個閱讀器分別對同一標(biāo)簽進行測距,結(jié)合PDoA(Phase Difference of Arrival)的最小二乘法獲取標(biāo)簽的位置信息。系統(tǒng)信號處理框圖如圖3所示,可見△φ的精度直接影響后續(xù)的定位精度。


圖3 系統(tǒng)信號處理框圖

1.3 單頻副載波調(diào)幅

本 文選擇閱讀器發(fā)射信號載波頻率fc=915 MHz,則λc=c/fc=0.327 9 m。設(shè)定測距范圍為0.3~20 m,在此測程內(nèi)包含了2×20/0.3 27 9=121.988 4個載波周期,即存在相位模糊,所以不能直接用載波信號提取相位。針對這一問題,采用單頻副載波調(diào)幅的方式,即將一較低頻率的副載波與載波調(diào)制,將副載波 作為獲取相位信息的信號。

根據(jù)測距范圍,需要副載波波長λ0/2≥20 m,則副載波頻率f0=c/λ0≤7.5 MHz??紤]到ISO/IEC 18000—6C協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)對預(yù)留頻率資源的限制,若副載波頻率選得過大,則會超出協(xié)議或者地方規(guī)定的UHF 使用頻段;如果副載波頻率選得過低,導(dǎo)致波長過長,會使得副載波的相位變化微小,難以保證測量精度。綜上考慮,本文選擇副載波頻率為2 MHz,對于0.3~20 m的測量距離,副載波的相位變化范圍為1.44°~96°,在一個合適的區(qū)間內(nèi)。

2 基于帶通采樣的相位提取與測距

設(shè)采樣頻率為fs,則經(jīng)帶通采樣后發(fā)射與接收信號分別為

s(n)=[cos(2πnf0/fs+φs)+A]·cos(2πnfc/fs+φc) (2)

r(n)=[cos(2πnf0/fs+φr)+A]·cos(2πnfc/fs+φd) (3)

φc、φs分別為發(fā)送端載波、副載波相位,φd、φr,分別為接收端載波、副載波相位,A為調(diào)制電平。

對式(2)、式(3)積化和差,進一步表示為

式 (4)、式(5)所示的離散信號經(jīng)FFT后自身帶有相位信息,但是,在相位提取時,由非整周期的時域截斷導(dǎo)致的頻譜泄漏和多頻率諧波信號各頻率成分相互的 干涉現(xiàn)象都會使相位偏離真實值,這就需要借助技術(shù)。這里,綜合考慮對主辦的能量集中性和窗函數(shù)表達式的復(fù)雜性,選用加hanning窗的比值 法、能量重心法對相位進行提取與校正。

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