用于准确确定位置的射频标签读取器.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103154763 A (43)申请公布日 2013.06.12 CN 103154763 A *CN103154763A* (21)申请号 201080066756.6 (22)申请日 2010.03.10 G01S 5/02(2006.01) H01Q 21/00(2006.01) B61L 25/02(2006.01) (71)申请人 泰雷兹加拿大有限公司 地址 加拿大安大略省 (72)发明人 科林查尔斯班廷 (74)专利代理机构 上海脱颖律师事务所 31259 代理人 脱颖 (54) 发明名称 用于准确确定位置的射频标签读取器 (57) 摘要 一种用于利用射频。

2、标签准确定位的系统及其 对应的方法。所述系统包括 ： 采用相控阵列组合 形式的至少两个天线 ； 和与所述至少两个天线连 接的RF标签位置确定单元。 所述系统还包括主RF 输出部和位置探测输出部。 所述RF标签位置确定 单元被配置为 ： 响应于对由所述至少两个天线中 的每个天线所接收的信号进行比较， 在所述位置 探测输出部处生成位置探测信号。 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.11.08 (86)PCT申请的申请数据 PCT/IB2010/000508 2010.03.10 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/110882 EN 2011.09.15 (51)Int.Cl. 权。

3、利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103154763 A CN 103154763 A *CN103154763A* 1/2 页 2 1. 一种利用射频 (RF) 标签准确定位的系统， 所述系统包括 ： 采用相控阵列组合形式的至少两个天线 ； RF 标签位置确定单元， 其与所述至少两个天线连接并且包括主 RF 输出部和位置探测 输出部， 所述 RF 标签位置确定单元被配置为 ： 响应于对由所述相控阵列组合所接收的信号 进行比较， 而在所述位置探测输出部处生成。

4、位置探测信号。 2. 如权利要求 1 所述的系统， 其中， 所述 RF 标签位置确定单元被配置为 ： 对于在由所 述至少两个天线中的每个天线所接收的信号的相位相干组合之间的相位差转变进行比较。 3. 如权利要求 1 所述的系统， 其中， 所述 RF 标签位置确定单元进一步包括 ： 信号发生器， 其与所述至少两个天线中的至少一个天线连接并被配置以为所述至少两 个天线中的至少一个天线生成询问信号用于传送。 4. 如权利要求 3 所述的系统， 其中， 所述信号发生器与所述至少两个天线中的每个天 线连接。 5. 如权利要求 1 所述的系统， 其中， 所述 RF 标签位置确定单元进一步包括 ： 相位比较。

5、器， 其被配置以生成所述位置探测信号 ； 求和部件， 其连接到所述相位比较器和所述至少两个天线 ； 和 求差部件， 其连接到所述相位比较器和所述至少两个天线。 6. 如权利要求 5 所述的系统， 其中， 所述求和部件被配置以接收 ： 来自所述至少两个天线中的第一天线的第一输入信号 ； 和 来自所述至少两个天线中的第二天线的第二输入信号。 7. 如权利要求 5 所述的系统， 其中， 所述求差部件被配置以接收 ： 来自所述至少两个天线中的第一天线的第一输入信号 ； 和 来自所述至少两个天线中的第二天线的第二输入信号。 8. 如权利要求 5 所述的系统， 其中， 所述求和部件被配置以生成表示从所述至。

6、少两个 天线接收的信号之和的和信号。 9. 如权利要求 5 所述的系统， 其中， 所述求差部件被配置以生成表示从所述至少两个 天线接收的信号之差的差信号。 10. 如权利要求 5 所述的系统， 其中， 所述 RF 标签位置确定单元进一步包括 ： 第一分路器部件， 其连接到所述至少两个天线中的第一天线并被配置以发送与从所述 第一天线接收的输入信号相对应的至少两个信号， 所述第一分路器部件连接到所述求和部 件及所述求差部件， 并被配置以将所述至少两个信号中的至少一个信号发送到所述求和部 件且将所述至少两个信号中的至少另一个信号发送到所述求差部件。 11. 如权利要求 10 所述的系统， 其中， 所。

7、述 RF 标签位置确定单元进一步包括 ： 第二分路器部件， 其连接到所述至少两个天线中的第二天线并被配置以发送与从所述 第二天线接收的输入信号相对应的至少两个信号， 所述第二分路器部件连接到所述求和部 件及所述求差部件， 并被配置以将所述至少两个信号中的至少一个信号发送到所述求和部 件且将所述至少两个信号中的至少另一个信号发送到所述求差部件。 12. 如权利要求 5 所述的系统， 其中， 所述相位比较器被配置为 ： 响应于确定从所述求 和部件接收到的第一信号与从所述求差部件接收到的第二信号之间的相位差转变， 生成所 述相位探测信号。 权 利 要 求 书 CN 103154763 A 2 2/2。

8、 页 3 13. 如权利要求 12 所述的系统， 其中， 所述相位差转变是从在相对于零度相位差的预 定距离内至在相对于 180 度相位差的预定距离内。 14.如权利要求1所述的系统， 其中， 所述至少两个天线位于邻近地通过RF标签的运载 工具内。 15. 一种确定 RF 标签位置的方法， 所述方法包括 ： 从第一天线接收第一响应信号 ； 从第二天线接收第二响应信号 ； 基于所述第一响应信号和第二响应信号而生成和信号 ； 基于所述第一响应信号与第二响应信号之差而生成差信号 ； 和 响应于确定对在所生成的和信号与所生成的差信号之间的相位差转变， 生成位置探测 信号。 16. 如权利要求 15 所述。

9、的方法， 其中， 所述生成位置探测信号包括 ： 响应于确定从在相 对于零度相位差的预定距离内转变至在相对于 180 度相位差的预定距离内， 生成位置探测 信号。 17. 一种存储指令的存储器或计算机可读介质， 所述指令在由处理器执行时使得所述 处理器执行如权利要求 15 所述的方法。 18. 一种位置确定单元， 用于基于从相控天线组合接收的响应信号而确定设备的位置， 所述位置确定单元包括 ： 相位比较器， 其被配置为 ： 基于第一求和部件信号与第一求差部件信号之间的相位差 转变而生成位置探测信号 ； 求和部件， 其连接到所述相位比较器， 并被配置为 ： 响应于接收来自所述相控天线组合 中的第一。

10、天线的第一响应信号和来自所述相控天线组合中的第二天线的第二响应信号， 而 生成所述第一求和部件信号 ； 和 求差部件， 其连接到所述相位比较器， 并被配置为 ： 响应于接收来自所述第一天线的第 一响应信号和来自所述第二天线的第二响应信号而生成所述第一求差部件信号。 19. 如权利要求 18 所述的位置确定单元， 进一步包括 ： 至少一个分路器部件， 其被连接在所述求和部件与至少一个所述第一天线之间或被连 接在所述求和部件与至少一个所述第二天线之间， 并且被连接在所述求差部件与至少一个 所述第一天线之间或被连接在所述求差部件与至少一个所述第二天线之间。 20. 如权利要求 18 所述的位置确定单。

11、元， 进一步包括 ： 信号发生器， 其连接到所述求和部件， 并被配置以生成询问信号用以发送到所述相控 天线组合。 权 利 要 求 书 CN 103154763 A 3 1/4 页 4 用于准确确定位置的射频标签读取器 背景技术 0001 标签询问器能够读取到的射频 (RF) 标签的位置可在询问器读取天线的覆盖区内 的任意位置。通常， 覆盖区的宽度宽于用于准确确定 RF 标签相对于标签询问器的位置的期 望位置。 0002 发明人所知道的现有的解决方案采用具有高达 1 米或更大宽度的读取覆盖区的 标签询问器。进一步地， 信号处理可用于基于接收到的信号形状而估计 RF 标签的位置。根 据RF标签位置。

12、的不确定性(uncertainty)及其它数据输入， 可以计算出具有标签询问器的 运载工具前方的安全距离以保持安全间隔距离。 由于当位置的不确定性增大时安全间隔距 离也相应地增大， 因而需要比在位置已知时更大的间隔距离。 在应用时， 对运载工具操作者 而言， 更大的间隔距离会导致更低的运载工具通过量 (vehicle throughput)， 且最终导致 更少的收入。 附图说明 0003 在附图各图中以示例方式和非限制性方式例示出一个或多个实施例， 其中， 具有 相同附图标记的各元件表示相同 / 相似的元件， 其中 ： 0004 图 1 是包括位置确定系统实施例的一个系统的高级功能结构图 ； 。

13、0005 图 2 是能够与实施例结合使用的计算机系统的高级功能结构图 ； 0006 图 3 是根据另一实施例的位置确定系统的详细图的高级功能结构图 ； 和 0007 图 4 是根据一个实施例的信号强度的图线。 具体实施方式 0008 图 1 图示出系统 100 的高级功能结构图， 根据一个实施例的位置确定系统 102 的 实施例可以很有利地结合于系统 100 使用。系统 100 是示例性系统， 示出了与行进表面 106( 例如轨道 ) 邻接的运载工具 104( 例如有轨电车 )。为显示清楚和易于理解， 图 1 示出 在行进表面 106 上的运载工具 104 的侧视图。 0009 如图所示， 运。

14、载工具 104 包括位置确定系统 102， 并沿行进表面 106 在方向 A 上行 进。运载工具 104 经过射频 (RF) 标签 108， 例如射频识别 (RFID) 标签。在至少一些实施例 中， 可使用可替代的 RF 标签装置替换 RFID 标签。在至少一些实施例中， 标签 108 包括被构 造以在所用 RF 频率下提供反射或应答性能的 RF 标签。在至少一些实施例中， RF 标签 108 被固定到另一部件和 / 或被嵌入到另一部件内。RF 标签 108 可为无源装置和 / 或有源装 置。 0010 运载工具 104 包括一对天线 (“天线 1” 和 “天线 2” )110、 112， 它。

15、们形成位置确定 系统 102 的一部分， 并且天线 110、 112 沿运载工具 104 的表面相互成直线地分开。在至少 一些实施例中， 天线 110、 112 被定位为在平行于 RF 标签一段距离处以连续方式经过 RF 标 签 108。 0011 每个天线 110、 112 被组合以形成天线阵列， 该天线阵列被配置以生成在对应的预 说 明 书 CN 103154763 A 4 2/4 页 5 定覆盖区(即， 天线波束宽度)中的信号， 所述对应的预定覆盖区分别是指相应覆盖区114、 116内的天线覆盖区114(如双点划线所指)和天线覆盖区116(如点划线所指)。 这两种天 线覆盖区是由于天线以。

16、相位相干方式组合以形成和天线模式或差天线模式而产生的， 即， 所述天线被用作相控天线阵列。所述覆盖区是所述天线阵列模式与地面 ( 标签平面 ) 的相 交部分， 每个天线发送信号并且从 RF 标签 108 接收回应， 分别如信号 120、 122 示意性所示。 天线发送一个作为和阵列的信号， 并接收同时作为和阵列及差阵列的信号。 0012 在至少一些实施例中， 每个天线 110、 112 生成电磁信号。在至少一些实施例中， 天 线覆盖区的宽度可在 0.5 米 (m) 至 1.5m 的量级。在至少一些实施例中， 可使用多于两个天 线以形成天线阵列。在至少一些实施例中， 可使用单个相控阵列天线以替代。

17、各个天线 110、 112。 0013 在操作中， 每个天线阵列 110、 112 被配置以将询问信号发送至 RF 标签 108。响应 于从天线阵列 ( 天线 110 或天线 112) 接收所述询问信号， RF 标签 108 发送响应信号。在 至少一些实施例中， 所述响应信号可为反射信号或应答信号。 0014 位置确定系统 102 包括与 RF 标签位置确定单元 124 通信地连接的天线阵列 110、 112。在至少一些实施例中， 位置确定系统 102 与天线 110、 112 直接电连接。位置确定单元 124 与主 RF 信号输出部 126 和位置探测信号输出部 128 通信地连接。在至少一。

18、些实施例 中， 位置确定系统 102 与主 RF 信号输出部 126 和位置探测信号输出部 128 直接电连接。 0015 在至少一些实施例中， 位置确定系统 102 的一个或多个元件可位于运载工具 104 的内部和/或外部。 在至少一些实施例中， 位置确定系统102的每个元件位于运载工具104 的外部， 而在其他实施例中， 位置确定系统的每个元件位于运载工具的内部。 0016 各天线的间距和方向根据要实现的阵列模式而不同。在至少一些实施例中， 天线 阵列在一个具有表示每个天线的分立元件的实体天线封装内实现。天线阵列和标签 108 的 极化 ( 即， 电场矢量的方向 ) 可以根据应用与轨道 (。

19、 即， 行进表面 106) 相交或与轨道平行。 在至少一些实施例中， 询问信号的发送可通过被构造为和阵列的两个天线中的一个天线或 这两个天线执行。 0017 图 2 图示出能够与一个实施例结合使用的计算机系统 200 的高级功能结构图。计 算机系统200包括 ： 处理器202(可替代地可以是指处理装置)、 输入/输出(I/O)装置204、 存储器 206、 探测 I/O 装置 208， 计算机系统的这些装置通过总线 210 或者其它互连通信机 构而通信地连接。此外， 计算机系统 200 还包括 ： 经由探测 I/O 装置 208 连到天线 110、 112 的连接部， 即， 被配置以 ( 例如。

20、经由总线 210) 将模拟 RF 信号处理和转换为数字探测信号的 电路输出部。 0018 探测 I/O 装置 208 包括 ： 位置确定单元 (PDU)124， 主 RF 信号输出部 126， 和位置探 测信号输出部 128。 0019 在至少一些实施例中， 处理器202可为控制器和/或特定用途集成电路(ASIC)， 其 被构造以执行一组指令， 例如通过实施例体现的指令。 0020 存储器206(也可以是指计算机可读介质)可包括 ： 随机存取存储器(RAM)或其他 动态存储装置， 例如位置确定功能元件 212， 其中 RAM 或其他动态存储装置连接到总线 210 以存储将要通过处理器 202 。

21、执行的数据和 / 或指令。存储器 206 还可用于在将要通过处理 器 202 执行的指令的执行过程中， 存储临时变量或其他中间信息。存储器 206 还可包括 ： 只 说 明 书 CN 103154763 A 5 3/4 页 6 读存储器 (ROM) 或其他静态存储装置， ROM 或其他静态存储装置连接到总线 210 以存储处 理器 202 的静态信息和指令。 0021 存储装置 ( 可选的虚线框 212)， 例如磁盘、 光盘、 或电磁盘， 也可被提供并被连接 到总线 210 以存储数据和 / 或指令。 0022 位置确定功能元件 212 包括一组电路， 所述一组电路被配置以确定 RF 标签 1。

22、08 相 对于天线 110、 112 的位置。 0023 在至少一些实施例中， 位置确定功能元件 212 包括一组可执行指令， 所述指令在 由处理器 202 执行时使得处理器提供根据一个实施例的位置确定功能。 0024 I/O装置204可包括 ： 输入装置、 输出装置和/或组合的输入/输出装置， 从而能够 实现用户交互。输入装置可包括 ： 例如， 键盘、 键板、 鼠标、 触控球、 触控板、 和 / 或光标方向 键， 用于将信息和命令传送至处理器 202。输出装置可包括 ： 例如， 显示器、 打印机、 音频合 成器等， 用于将信息传送至用户。在至少一些实施例中， I/O 装置 204 可包括 ：。

23、 串行和 / 或 并行连接机构， 从而能够实现一个或多个文件和 / 或命令的传输， 例如以太网或其他类型 的网络连接结构。 0025 在至少一个实施例中， 该定位系统通过以太网通讯协议或多种串行接口协议之一 直接连接至自载 (on-board) 控制系统， 例如自载列车控制处理器。 0026 图 3 图示出位置确定系统 102 的至少一部分的高级功能结构图。特别地， 图 3 图 示出根据一个实施例的标签位置确定单元 124 的详细图。位置确定单元 124 包括 ： 第一 RF 分路器部件300和第二RF分路器部件302， 各个RF分路器部件分别从天线110、 112接收单 个输入信号。也就是说。

24、， 分路器部件 300 从天线 110 接收信号输入， 分路器部件 302 从天线 112 接收信号输入。天线 110、 112 所接收的信号输入是由 RF 标签 108 传送并由天线 110、 112 接收的响应信号。 0027 在至少一些实施例中， RF 分路器部件 300、 302 中的一个或两个可包括天线阵列的 集成部件， 例如， 分路器 300 可包括天线 110 的一部分。 0028 分路器部分 300 将从天线 110 接收的响应信号传送到求和组合器部件 304 及求差 组合器部件306。 在至少一些实施例中， 分路器部件300将接收的响应信号同时传送到求和 组合器部件 304 。

25、及求差组合器部件 306， 类似地， 分路器部件 302 将从天线 112 接收的响应 信号传送到求和组合器部件 304 及求差组合器部件 306。 0029 求和组合器部件 304 将从天线 110 和天线 112 接收的响应信号以相位相干累加的 方式组合， 并将由此产生的信号传送到主 RF 信号输出部 126 和相位比较部件 308( 也可以 是指相位比较器 )。求差组合器部件 306 生成与从天线 110 和天线 112 接收的响应信号之 差相对应的相位相干差信号 (a phase coherent difference signal)， 并将由此产生的差 信号传送到相位比较部件 308。

26、。 0030 在至少一些实施例中， 单个天线装置， 例如单个组合单元中的天线 110、 112， 可以 包括分路器部件 300、 302、 求和组合器部件 304 和求差组合器部件 306 的功能。 0031 相位比较部件 308 对从求和部件 304 接收的所生成的和信号与从求差部件 306 接 收的所生成的差信号之间的相位差进行比较。相位比较部件 308 将由此产生的信号传送到 位置探测信号输出部128。 在由此产生的相位差信号转变是从0(度)至180(度)时， 位置探测信号输出部 128 指示 ： 位置确定系统 102， 特别是天线 110、 112， 位于 RF 标签 108 说 明 。

27、书 CN 103154763 A 6 4/4 页 7 的上方。也就是说， 天线 110、 112 位于 RF 标签 108 两侧， 和 / 或， RF 标签 108 与天线 110、 112相距相等的距离。 在至少一些实施例中， 基于与180度相位差的预定距离来确定相位差 转变。 0032 通过这种方式， 主 RF 信号输出部 126 用于识别 RF 标签 108， 位置探测信号输出部 128 用于识别天线 110、 112 之间的中心点经过 RF 标签上方。 0033 图 3 还图示出信号发生器 310， 其包括位置确定单元 124 的一部分， 并被配置以生 成询问信号以传送到标签 108。。

28、所生成的来自信号发生器 310 的询问信号被提供到求和组 合器部件 304， 求和组合器部件 304 将接收的询问信号划分为两个信号， 这两个信号分别被 发送到天线 110、 112。天线 110、 112 将接收的作为相控信号的探测信号向标签 108 传送。 0034 在至少一些实施例中， 信号发生器310可包括与位置确定单元124分离的部件。 进 一步地， 在一些实施例中， 信号发生器 310 可包括多于一个信号发生器， 用于生成将要通过 天线 110、 112 传送的询问信号。 0035 图 4 图示出所生成的分别来自求和部件 304 及求差部件 306 的和信号及差信号的 信号强度的图。

29、线。 图4图示出当天线成直线地移动经过标签时， 由采用和-差组合形式的两 个近邻分开的天线从应答或反射标签接收的信号。图 4 还图示出所确定的在和信号与差信 号之间的相位差。图 4 的图形左方的竖直轴线表示和信号与差信号的相对信号强度。图形 右方的竖直轴线表示和信号与差信号之间的相位差。水平轴线表示相对于中心点的距离。 0036 本领域普通技术人员将易于看出， 所公开的实施例实现了如上所述的一种或多种 优点。 在阅读了前述说明书之后， 本领域普通技术人员将能够实施各种改变、 等同替换以及 各种其他的如本文广义公开的实施例。因此， 本发明的授权后保护范围意在仅受限于所附 权利要求书及其等同方案中包含的限定内容。 说 明 书 CN 103154763 A 7 1/4 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103154763 A 8 2/4 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103154763 A 9 3/4 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 103154763 A 10 4/4 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 103154763 A 11 。