超高频RFID定位的相位式测距方法研究

由式(4)、式(5)可知，射频载波信号经副载波调制后会产生一个差频项和一个和频项，它们的相位值分别对应载波相位与副载波相位的差与和，则副载波信号经标签反向散射返回后的相位差为

将式(6)带入式(1)，即可得到阅读器与标签之间的距离信息。

3 定位仿真分析

使用Matlab软件进行仿真，参数设置如下：

①信号参数，采样频率fs=9.128 MHz，副载波频率f0=2 MHz，载波频率fc=915 MHz，调制电平A=1。

②环境参数，在20 m×20 m二维空间的四个角上布置4个阅读器，标签位置随机投放。

③噪声，实际定位中噪声不可忽略，定义叠加噪声幅度分别在SNR=5 dB、8 dB、11dB、14 dB、17 dB下仿真。

进行1000次蒙特卡洛仿真实验，定义均方根误差(RMSE)n为测量次数，di为测量值与真实值的偏差。

把用比值法、能量重心法得到的测量值进行比较，如图4所示，在小信噪比环境下，比值法稍优于能量重心法，随着信噪比的增大，两种方法的测相误差和测距误差都 随之减小，在SNR>11 dB后，两种算法的误差基本相同。在各信噪比下，测相误差最大达到6.27°，最小仅为1.43°，测距误差的范围为0.30～1.31 m。

图4 测相，测距误差对比

图 5为采用最小二乘法进行定位后两种算法的RMSE对比图。从整体趋势上来看，随着信噪比的增大，定位误差不断减小。在噪声较小SNR =17 dB时，两种方法RMSE均在0.35 m左右;在噪声增大到SNR=5 dB时，比值法RMSE为1.47 m，能量重心法RMSE为1.57 m。在SNR由5 dB增大到8 dB的过程中，两种方法的RMSE都有明显的降低，分别降低了0.43 m和0.51 m。

图5 定位误差对比