超高频RFID定位的相位式测距方法研究

通 过修改标签反向散射信息过程中阅读器发送的单频CW信号的形式，即将一个低频的副载波信号以AM调制的方式调制到CW信号上。对于修改后的CW信号，将发 送信号s(t)和接收信号r(t)分别进行带通采样和A/D转换后送入数字域，并采用离散频谱校正方法估计收发信号中副载波分量的相位φs和φr，计算得 到收发副载波信号的相位差△φ，设副载波频率为f0，则阅读器与标签之间的距离可表示为

在整个定位系统中，我们采用多个阅读器分别对同一标签进行测距，结合PDoA(Phase Difference of Arrival)的最小二乘法获取标签的位置信息。系统信号处理框图如图3所示，可见△φ的精度直接影响后续的定位精度。

图3 系统信号处理框图

1.3 单频副载波调幅

本 文选择阅读器发射信号载波频率fc=915 MHz，则λc=c/fc=0.327 9 m。设定测距范围为0.3～20 m，在此测程内包含了2×20/0.3 27 9=121.988 4个载波周期，即存在相位模糊，所以不能直接用载波信号提取相位。针对这一问题，采用单频副载波调幅的方式，即将一较低频率的副载波与载波调制，将副载波 作为获取相位信息的信号。

根据测距范围，需要副载波波长λ0/2≥20 m，则副载波频率f0=c/λ0≤7.5 MHz。考虑到ISO/IEC 18000—6C协议标准对预留频率资源的限制，若副载波频率选得过大，则会超出协议或者地方规定的UHF RFID使用频段;如果副载波频率选得过低，导致波长过长，会使得副载波的相位变化微小，难以保证测量精度。综上考虑，本文选择副载波频率为2 MHz，对于0.3～20 m的测量距离，副载波的相位变化范围为1.44°～96°，在一个合适的区间内。

2 基于带通采样的相位提取与测距

设采样频率为fs，则经带通采样后发射与接收信号分别为

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分别为发送端载波、副载波相位，φd、φr，分别为接收端载波、副载波相位，A为调制电平。

对式(2)、式(3)积化和差，进一步表示为

式 (4)、式(5)所示的离散信号经FFT后自身带有相位信息，但是，在相位提取时，由非整周期的时域截断导致的频谱泄漏和多频率谐波信号各频率成分相互的 干涉现象都会使相位偏离真实值，这就需要借助离散频谱校正技术。这里，综合考虑对主辦的能量集中性和窗函数表达式的复杂性，选用加hanning窗的比值 法、能量重心法对相位进行提取与校正。