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关键词： 射频识别技术   神经网络   信号强度   绝对定位   相对定位  

摘要： 室内定位在物资管理、安防监控、自动分拣等相关行业领域中具有广泛的应用需求。随着上述相关行业领域智能化程度的不断提升,迫切需要进一步提高室内定位技术的准确率和智能性。由于射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术具有信号穿透力强、功能易于拓展、成本较低、易于推广、防污染能力强、可持久使用等优势,其在室内定位技术中逐渐成为研究热点。基于RFID室内定位的研究内容可分为相对定位研究和绝对定位研究。目前,上述两种定位方式的研究均不成熟,其中典型的问题包括:室内相对定位在高密度标签场景下往往存在定位准确率不高的问题;室内绝对定位在有限参考标签情况下亦存在定位误差较大的问题。针对上述问题,本文就相对定位和绝对定位分别提出了基于神经网络的RFID室内定位方法。主要工作如下:(1)为了提高在具有顺序侦测需求的室内场景下进行相对定位的准确率,本文提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的RFID相对定位方法。首先,利用分治法思想,将一组标签的顺序侦测问题转换为两两标签之间的左右关系分类问题。然后,构建CNN并据此识别两两标签之间的左右关系。最后,基于误差权重对标签进行排序,即达到相对定位的目的。实验结果表明,在高密度标签情况下,即标签间距1cm时其准确率仍可达90%以上。与其他方法相比,其准确率有较大提升。(2)为了减小在具有获取位置坐标需求的室内场景下进行绝对定位的误差,本文提出了一种基于反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)的RFID绝对定位方法。首先,利用高斯-卡尔曼滤波对数据进行预处理,减小外在因素对数据的干扰。然后,通过自适应学习因子对均值粒子群算法进行改进,减小其局部收敛的概率。接着,为了规避随机初始值对网络所造成的负面影响,利用改进后的粒子群算法获取BPNN中权值和阈值的优化初始值。最后,通过优化后的网络预测出目标的坐标信息。实验结果表明,所提方法的定位误差可控制在30cm左右。与传统方法相比,其定位精度具有一定程度的提升。此外,针对提出的方法开发了相应的原型系统,并应用于书籍顺序侦测和模拟仓库物品定位场景中。

关键词： 射频识别   超高频   前端电路   对消   耦合线耦合器  

摘要： 近年来,物联网技术取得了飞速的发展。作为物联网关键技术的射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术成为了人们讨论和研究的热点。超高频(UHF)RFID技术因为具有识别距离远、读取速度快、抗干扰能力强、携带信息量大等优点,被广泛用于室内智能家居、仓储物流、生物识别、商场防盗等领域。随着UHF RFID应用的发展,射频前端系统作为RFID读写器重要组成部分,受到了越来越多的要求与挑战。UHF RFID系统的发展日益趋于小型化、多协议、多目标、高速率等特点,人们对射频前端的性能要求也变得越来越高。对于射频前端系统,发射链路到接收链路的载波泄漏成为影响RFID读写器接收灵敏度的重要干扰。载波泄漏对消技术应运而生。本文设计并实现了一种具有双重对消功能的UHF RFID射频前端系统,可以在902～920MHz的频带内实现不低于80d B的载波抑制。论文的主要研究内容如下: *** RFID射频前端系统设计:射频前端系统主要包括本振模块、调频模块、发射链路、接收链路、对消模块、中频放大模块和天线。本文对各个模块从理论分析、仿真验证、物料选取、实物加工、参数测量和模块调试几个方面,详细地介绍了所设计的UHF RFID射频前端系统。 2.双重对消模块设计:双重对消模块包括由负载反射式可调负载对消模块和相位可调耦合线耦合器对消模块组成。本文就两种对消方式进行了详细的理论分析、公式验证、电磁仿真、实物加工和参数测量,而后将两个模块组合在一起实现双重对消功能。最终对设计的双重对消模块进行测试,可以实现在902～920MHz频带上不少于80d B的载波抑制。 3.系统测试:对搭载了双重对消模块的UHF RFID射频前端系统进行联合调试,分别对于发射链路的功率和相噪、接收链路的接收灵敏度和整个系统在902～920MHz频带上的工作距离进行了探究。

关键词： 实体商店   购物行为   行为识别   RFID  

摘要： 实体商店用户购物行为数据对于把握市场潮流风向、分析用户购物喜好具有重要意义。通过有效的购物行为数据分析,能够针对用户偏好与市场风向及时调整营销服务策略,并为用户提供更加有效的个性化推荐服务。然而现有方法多数从商品角度孤立分析市场整体潮流风向变化,难以将用户与交互商品进行有效关联,致使无法针对用户喜好提供更符合个人偏好的推荐服务。本文针对实体商店用户购物行为识别方面展开研究,提出基于RFID与IMU数据融合的实体商店购物行为识别方法。该方法不仅针对潮流风向与用户购物意愿进行识别,同时为实现用户与交互商品的关联匹配提供一种切实可行的解决方案,以实现用户喜好与购物倾向性的有效分析。首先,对于热门商品与潮流风向,本文通过在Transformer中引入循环时间步机制与Seq Pooling模块设计实现Seq-UT网络架构,对商品被动交互过程产生RFID数据变化模式进行识别分析,以确定更受欢迎商品类型。其次,对于用户购物习惯问题,本文通过嵌套Transformer模块,设计实现同时具备表征时序数据顺序关系与不同序列关联性的Seq-TNT网络,对用户携带智能设备IMU数据进行识别,以分析用户独特的购物习惯。最后,对于用户与交互商品关联匹配问题,本文提出一种基于行为关联度与时域差异性匹配方法,通过skip-gram模型评估用户与商品行为关联度,并结合时域差异特征计算匹配度分数,通过匹配度分数与优化匹配算法评估用户与商品间关联性,以实现用户与交互商品的关联匹配,以获取不同用户购物偏好信息。在模拟购物环境下,该方法取得最低87.5%的匹配精度。

关键词： Antennas and microwaves   direction-of-arrival   engineering education   postgraduate teaching   RFID   leaky-wave antennas  

摘要： We describe an educational laboratory to develop a Direction-of-Arrival (DoA) system to locate RFID tags. Along the five proposed sessions, the students will develop the whole system, from the design, manufacturing, and optimization of the antenna to the programming of the location algorithm and testing of a prototype by using commercial RFID tags and a RFID reader. The lab sessions are thought for postgraduate students in Electrical Engineering.

关键词： Technology transfer  

摘要： In order to overcome the low speed of the traditional methods of collecting the track information of library lending behaviour, this paper proposes a new method of collecting the track information of library lending behaviour based on RFID technology. In this method, access software is used to export the record data of borrowing behaviour and classify them according to types. The original data format is converted into the materialised data, and Apriori algorithm is used to analyse the association and mine the track information of library borrowing behaviour. RFID reader is used as the main part, and the track information of library borrowing behaviour is collected through the track estimation algorithm. The experimental results show that the information collection rate of this method is between 5.26 s-6.39 s, and the collection effect of library borrowing behaviour track information is better. © 2022 Inderscience Enterprises Ltd.. All rights reserved.

关键词： 射频识别   后向散射通信   超高频   蜂窝物联网基站  

摘要： 蜂窝物联网(Cellular Internet of Things,CIo T)由于其广域覆盖、支持大容量连接、终端低功耗等特点,已成为物联网系统无线通信技术的重要演进方向。无源超高频射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)作为物联网系统感知层的核心技术,具有读写效率高、应用成本低等优点,在仓储物流、资产管理等领域具有重要应用价值,但仍不能满足标签广范围部署、长距离识别、大容量接入的应用场景需求。本文旨在设计实现一种超高频蜂窝物联网基站,通过辅助基站组网协同并中继转发,提升对标签的识别通信距离,扩展标签覆盖范围并增大接入容量。本文的主要工作和贡献如下:1.系统分析了提升RFID系统通信距离的不同技术途径,并用能量传输理论研究分析了超高频RFID系统的通信链路,进一步对超高频蜂窝物联网系统架构和工作原理进行了分析,通过引入辅助基站、改进系统架构解决能量传输导致的通信距离受限问题。2.采用高性能射频读写芯片和具备射频收发功能的低功耗系统级芯片(System on Chip,So C)等核心器件设计实现超高频蜂窝物联网基站的硬件电路平台,其中射频读写芯片实现基站对标签的射频识别通信功能,So C芯片实现射频载波输出和组网控制等功能。另外,设计开发了硬件平台的驱动程序、核心功能嵌入式软件和监控基站工作状态的控制软件。3.提出一种无源超高频蜂窝物联网系统实现技术方案,通过基站与多个辅助基站组网通信,控制辅助基站及其多天线按需构建蜂窝网络,对大容量标签进行空间分集,利用能量供给与识别通信分离机制,显著提升系统的通信距离、扩大覆盖范围,并大幅增加超高频蜂窝物联网基站对标签的接入容量。4.搭建了超高频蜂窝物联网基站的测试验证平台,对基站的主要性能指标进行了测试分析,验证了基站与超高频蜂窝物联网集成系统可行性。结果显示基站饱和输出功率可达32 d Bm,基站与标签的视距通信距离可达90 m,单蜂窝接入能力达到100张标签,通过配置构建多蜂窝网络,可实现大容量标签的接入通信。本文设计的超高频蜂窝物联网基站,将传统无源超高频标签的识别距离提升3～4倍,满足大容量标签识别通信的需求,在仓储物流、资产管理、医疗健康等广范围大容量标签部署场景下具有较高的应用价值。

关键词： 室内定位   射频识别   指纹定位法   信号强度   加权K近邻   目标追踪  

摘要： 随着物联网技术的发展，对于位置信息的需求不断增加，室内定位成为近年来的研究热点。对比现有室内定位技术，RFID射频识别技术因具备低成本、非视距传播、非接触识别、远距离通信、批量读取数据、具备存储能力等优势受到国内外学者的青睐。由于室内信号传播时散射、反射、衍射现象的存在导致基于RFID技术的室内定位存在精度不高、定位不稳定的问题。因此，研究具有较高精度的基于RFID的定位算法，实现对室内目标的精准定位具有较大的理论意义和使用价值。　　对比分析现有RFID室内定位算法，基于RFID的指纹定位方法具有实现简单、设备成本低、定位范围大的优点，近些年成为室内定位算法中的研究热点，但该算法依然存在定位精度不足的问题。因此，分析指纹定位实现原理，从离线、在线两阶段入手，通过信号降噪构建高质量基于RSSI信号强度的离线指纹库、提高在线匹配算法精度来改善RFID指纹定位系统定位误差大、精度低的问题。　　室内干扰多、设备性能低、信号间的相互干扰等诸多因素的存在使得离线阶段采集的RSSI信号中存在大量噪声信号，信号质量差且信号波动大，针对该问题，本文提出一种混合滤波信号预处理方法，剔除强干扰信号并进行平滑处理，提升信号质量，并基于该方法构建高质量的RSSI信号指纹库，在离线阶段间接提升系统定位精度。同时，针对在线阶段加权K近邻匹配算法定位误差大的问题，深入分析算法实现过程，对算法未区分不同信号特征对相似度贡献程度的问题，提出一种基于粒子群优化算法改进的特征加权的加权K近邻算法。通过粒子群搜索合适的特征权重，优化相似度计算方式，提高位置预测精度，减小定位误差。对于在线阶段移动目标追踪时存在的单点间跳跃大、轨迹凹凸明显、误差大的问题，提出一种机器学习融合滤波算法的解决方案，利用卡尔曼滤波对改进加权K近邻算法取得的初步预测位置进行拟合、修正，最终得到一条误差小、平滑度高的运动轨迹，最大可能地靠近目标真实运动轨迹，满足移动目标定位追踪的要求。　　实验结果证明了改进方案对系统定位精度提升的有效性，改进后的指纹定位系统针对静止目标定位时，误差能够降低至1米以下且误差在1米以下的累积分布概率约由55％提升至70％。并且，本文提出的针对移动目标的定位追踪算法，平均定位误差能够降至1米以下。同时，将改进算法融入系统，详细设计实现了一套RFID室内定位系统，并搭建实验环境测试。

关键词： RFID   悬置人工传输线   小型化   RFID阅读器天线   经验公式  

摘要： 人工传输线具有较好的波长缩短特性,可以有效减小微波器件的尺寸,但同时因其插入损耗大使其在传输系统中的应用受到了限制。本文在分析人工传输线特点的基础上,充分利用人工传输线的漏波辐射损耗大的特点,提出了一种悬置人工传输线并将其应用于近场射频识别(RFID)天线的设计中。具体工作如下:(1)悬置人工传输线的提出及基本特点研究首先用传输线理论分析了人工传输线,研究平面人工传输线结构参数与特性阻抗和电长度的关系;然后在电磁仿真研究的基础上,总结了人工传输线的特点;在此基础上提出了悬置人工传输线并进行了相应的仿真分析,结果表明与传统的微带线相比,悬置人工传输线具有更小的尺寸和可控的辐射效应的特点,可用于近场RFID天线的设计。(2)悬置人工传输线的等效电路经验设计公式的提取悬置人工传输线结构参数比较多,增加了设计的复杂度,本文以超高频RFID天线设计为目标,有机结合等效电路和电磁仿真,得出相关设计经验公式以提高设计效率。首先从理论上分析了悬置人工传输线的等效集总电路,并结合二端口网络转移矩阵和散射矩阵,总结了悬置人工传输线的特性阻抗和电长度与等效电路参数的函数关系,在此基础上拟合出等效电路中电感和电容与悬置人工传输线参数的经验设计公式。最后利用经验公式设计了一款基于悬置人工传输线的RFID阅读器单元天线,结果表明:该经验公式的提取,可以避免设计的盲目性,大大缩短设计时间,为设计基于悬置人工传输线的RFID天线奠定基础。(3)基于悬置人工传输线的RFID近场阵列天线的设计与实现本文充分利用悬置人工传输线的电尺寸小、辐射效应可控两大特点,将其应用于RFID阅读器天线的设计。为了实现货架和狭长货柜两种应用场景下RFID一定区域的覆盖要求,本文分别设计了 2×2和1×4两款RFID阵列天线。论文详细给出了这两款天线的设计过程、样品制作及性能测试,并在实际的智能货架物品识别中进行了测试,结果表明,该类天线具有轮廓低、覆盖均匀、可扩展性好等特点,为RFID技术在智能货架上及其他工程应用提供了新的选择。总之,本文首先提出了悬置人工传输线的结构及建立了等效电路模型;然后在仿真分析的基础上,拟合了单位长等效电感和等效电容的经验计算公式,为悬置人工传输线结构参数的初步确定提供了参考;最后利用上述公式,设计了近场RFID阅读器单元天线和阵列天线。

关键词： 室内定位   载波相位   扩展卡尔曼滤波   双频点   多径抑制  

摘要： 近几年,人工智能技术发展迅速,人们在室内的活动越来越多样化,对生活质量的要求也越来越高。因此,室内无线定位技术受到广泛关注。射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)室内定位技术由于其用于定位的标签成本低、小巧易携带、无源、可灵活部署等特点成为广大学者的研究热点,该技术在智能家居、仓储物流管理以及安全搜索等方面的需求日益增加。然而现有在室内实现的定位技术普遍存在定位精度较低,受噪声、多径等环境干扰较大等缺陷。基于此,本文在对RFID室内信号传播模型分析的基础上,深入研究了相位误差抑制方法、多径抑制(Multipath Suppression,MPS)方法。除此之外,在室内定位中,人们对定位实时性的要求也越来越高,实现高精度定位的算法复杂度高,实时性差,不能满足人们的需求。针对该问题,本文提出了一种基于双频点的载波相位扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)定位算法,并搭建了RFID定位系统测试平台,完成了定位算法性能的实测验证。本文的主要工作如下:首先,对RFID系统的相位误差抑制方法进行了研究。针对信号传播、采集、处理过程中累积的相位误差使得定位误差增大问题,采用相位误差处理算法对相位进行预处理,并利用跳频技术拓展带宽,提高多径分辨率,最后通过相对距离粗估计对多径进行了有效抑制。其次,对基于EKF的定位算法进行了研究。提出了一种基于双频点的EKF定位算法,利用双频点可以有效提高定位实时性,通过多径抑制后的相位对双频点进行选择,并采集每个频点下多时刻量测值进行EKF更新迭代过程。除此之外,对基于EKF的定位算法进行参数优化,有效提高了定位精度。最后,采用软件无线电设备以及Impinj R420读写器在实测环境下搭建测试平台,对提出的误差抑制方法和基于EKF的定位算法有效性进行验证。实验结果表明,基于双频点的定位算法实时性比传统的基于多频点的算法实时性提高近10倍,优化后的基于双频点的EKF定位算法平均定位精度与优化前相比提高23%左右。

关键词： RF   Microwave Theory \u0026 Techniques  

ISBN: (数字)9781119902812;9781119902805 ISBN: (纸本)9781786308139

摘要： This book presents the applications of non-volatile CBRAM/MIM switching technology for electronically reconfigurable passive RF and microwave devices, together with theory and methods for application in rewritable chipless RFID tags. Conductive Bridging Random Access Memory (CBRAM) is a renowned and commercially used non-volatile memory concept. Having evolved over the past few decades, it is currently identified as an efficient non-volatile RF switching *** book presents recent research on this topic, focusing on the development of a new generation of low-cost non-volatile RF switches and their applications, demonstrating both high performance and flexibility of implementation. It includes the experimental realization of various prototypes of RF and microwave devices utilizing this technology, along with relevant analysis of mathematical and electrical models, and detailed discussions of future aspects. All devices presented are compatible with mass industrial production at an economically efficient budget through optimized fabrication steps, without the requirement of sophisticated “clean room” processes among them.