基于分數(shù)階Fourier變換的RFID定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來,以實現(xiàn)人與人,人與物以及物與物之間隨時隨地進行數(shù)據(jù)通信為目標(biāo)的物聯(lián)網(wǎng)成為一項新興的產(chǎn)業(yè)。然而在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中,沒有地理位置信息的數(shù)據(jù)往往是無意義的,故對聯(lián)網(wǎng)個體的定位問題成為研究的熱點。目前,基于GPS、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、超寬帶、射頻識別等物聯(lián)網(wǎng)支撐技術(shù)的定位研究開展得如火如荼,其中射頻識別技術(shù),憑借非接觸、非視距、短時延、高精度、傳輸范圍大、成本低和易實現(xiàn)等優(yōu)點已成為物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)研究的重要載體。
　　線性調(diào)頻(LFM)信號

2、是一類重要的非平穩(wěn)信號,被廣泛應(yīng)用于雷達、聲納、通信等領(lǐng)域。由于LFM信號的瞬時頻率隨傳播時間線性變化,其抗多普勒頻移干擾的能力較強,且該信號本身的兩個重要參數(shù)都包含有目標(biāo)的位置信息,所以非常適合于定位、跟蹤等需要目標(biāo)位置信息的應(yīng)用。分數(shù)階Fourier變換(FRFT)作為傳統(tǒng)Fourier變換的廣義形式,具有明確的物理意義、統(tǒng)一的描述方法、優(yōu)良的數(shù)學(xué)性質(zhì)以及高效的離散算法,能同時反映信號在時、頻域的信息,適于處理非平穩(wěn)信號。
　

3、　一個出色的射頻識別定位系統(tǒng)其關(guān)鍵技術(shù)包括面向工程應(yīng)用背景,精度高、效率高、易實現(xiàn)的定位算法,小型化、多頻段、可重構(gòu)的讀寫器和標(biāo)簽天線,穩(wěn)定可靠、低功耗、低成本的讀寫器和標(biāo)簽嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計。本文結(jié)合分數(shù)階Fourier變換理論以及微帶天線理論,對基于分數(shù)階Fourier變換的RFID定位算法,小型化多頻段可重構(gòu)RFID天線設(shè)計以及針對實際工程應(yīng)用可移植算法的RFID技術(shù)嵌入式系統(tǒng)平臺設(shè)計與實現(xiàn)進行了較為深入的研究,所作的主要貢獻及

4、創(chuàng)新性成果包括以下幾個方面:
　　提出了一種針對單個移動讀寫器對多個LFM射頻標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)的檢測及定位算法。將分數(shù)階Fourier變換理論引入了RFID定位研究?？紤]到實際應(yīng)用中天線陣列幾何形狀的均勻性要受到設(shè)備內(nèi)部空間、陣列資源以及校正技術(shù)的限制,對非均勻天線陣列進行了分析。針對工程實用背景,建立了分數(shù)階Fourier域天線陣列數(shù)據(jù)模型?？紤]移動讀寫器接收信號的多普勒頻移,構(gòu)造了子空間陣列旋轉(zhuǎn)矩陣,結(jié)合常規(guī)ESPRIT子空間算法,實

5、現(xiàn)了多個寬帶LFM信號的DOA估計。在移動讀寫器位置已知條件下,根據(jù)估計的波達方向,利用簡單的幾何關(guān)系實現(xiàn)定位,并進行了仿真實驗。
　　提出了一種適用于RFID系統(tǒng),同時也適用于藍牙,WLAN和WiMAX通信系統(tǒng)的小型化多頻段單極子微帶天線。在研究微帶天線理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合RFID天線設(shè)計要求,創(chuàng)新的提出了一種帶缺陷地結(jié)構(gòu)的天線形狀。該天線具備尺寸小,重量輕,易集成,多頻段,結(jié)構(gòu)緊湊,饋電方便的特點。給出了天線設(shè)計流程和天線設(shè)計準(zhǔn)

6、則,并進行了仿真、實際制作與測試,測試結(jié)果表明該天線符合RFID系統(tǒng)通信應(yīng)用要求,適合工程應(yīng)用。
　　針對多頻段天線相鄰工作頻段存在干擾問題,提出了一種適用于RFID系統(tǒng),同時也適用于藍牙,WLAN和WiMAX通信系統(tǒng)的的小型化多頻段可重構(gòu)單極子微帶天線。創(chuàng)新的提出了一種帶缺陷地結(jié)構(gòu)的可重構(gòu)天線形狀。該天線依然具備尺寸小,重量輕,易集成,多頻段,結(jié)構(gòu)緊湊,饋電方便的特點,同時根據(jù)電子開關(guān)的通斷,可以實現(xiàn)頻率可重構(gòu)。給出了天線設(shè)計流

7、程和天線設(shè)計準(zhǔn)則,并進行了仿真、實際制作與測試,測試結(jié)果表明該天線符合RFID系統(tǒng)通信應(yīng)用要求,適合工程應(yīng)用。
　　提出了一種可工作在高頻頻段(HF)的RFID嵌入式系統(tǒng)平臺。該平臺以采用ARM Cortex-M3核的STM32微控制器為核心,符合ISO14443,ISO15693標(biāo)準(zhǔn),可工作在13.56MHz高頻頻段。論文完成了系統(tǒng)硬件設(shè)計與制作,開發(fā)了系統(tǒng)軟件,并在此平臺基礎(chǔ)上進行了與RFID關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)的開發(fā)與測試。

8、　　提出了一種可工作在超高頻頻段(UHF)和微波頻段(Microwave)的RFID嵌入式系統(tǒng)平臺。該平臺依然以采用ARM Cortex-M3核的STM32微控制器為核心,可工作在433MHz/868MHZ/915MHz超高頻頻段和2.4GHz,5.8GHz微波頻段,同時為3.5GHz微波頻段預(yù)留了開發(fā)接口。論文完成了系統(tǒng)硬件設(shè)計與制作,開發(fā)了系統(tǒng)軟件,并在此平臺基礎(chǔ)上進行了與RFID關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)的開發(fā)與測試。該平臺采用了本文設(shè)計的天線