专利名称：用于准确确定位置的射频标签读取器的制作方法
用于准确确定位置的射频标签读取器
背景技术：
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。发明人所知道的现有的解决方案采用具有高达I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。
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: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；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；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；和图4是根据一个实施例的信号强度的图线。
具体实施例方式图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。如图所示，运载工具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。运载工具104包括一对天线(“天线I”和“天线2”)110、112，它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。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。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各个天线110、112。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Iio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。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。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。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(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。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。探测I/O装置208包括:位置确定单元(rou) 124，主RF信号输出部126，和位置探测信号输出部128。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。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。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。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108相对于天线110、112的位置。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。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: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。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。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，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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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不和信号与差信号之间的相位差。水平轴线表不相对于中心点的距离。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。
权利要求
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。
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.—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。
全文摘要
一种用于利用射频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。
文档编号G01S5/02GK103154763SQ201080066756
公开日2013年6月12日 申请日期2010年3月10日 优先权日2010年3月10日
发明者科林·查尔斯·班廷 申请人:泰雷兹加拿大有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
