專利名稱：用于準確確定位置的射頻標簽讀取器的制作方法
用于準確確定位置的射頻標簽讀取器
背景技術(shù)：
標簽詢問器能夠讀取到的射頻(RF)標簽的位置可在詢問器讀取天線的覆蓋區(qū)內(nèi)的任意位置。通常，覆蓋區(qū)的寬度寬于用于準確確定RF標簽相對于標簽詢問器的位置的期望位置。發(fā)明人所知道的現(xiàn)有的解決方案采用具有高達I米或更大寬度的讀取覆蓋區(qū)的標簽詢問器。進一步地，信號處理可用于基于接收到的信號形狀而估計RF標簽的位置。根據(jù)RF標簽位置的不確定性(uncertainty)及其它數(shù)據(jù)輸入，可以計算出具有標簽詢問器的運載工具前方的安全距離以保持安全間隔距離。由于當(dāng)位置的不確定性增大時安全間隔距離也相應(yīng)地增大，因而需要比在位置已知時更大的間隔距離。在應(yīng)用時，對運載工具操作者而言，更大的間隔距離會導(dǎo)致更低的運載工具通過量(vehicle throughput)，且最終導(dǎo)致更少的收入。


在附圖各圖中以示例方式和非限制性方式例示出一個或多個實施例，其中，具有相同附圖標記的各元件表示相同/相似的元件，其中:圖1是包括位置確定系統(tǒng)實施例的一個系統(tǒng)的高級功能結(jié)構(gòu)圖；圖2是能夠與實施例結(jié)合使用的計算機系統(tǒng)的高級功能結(jié)構(gòu)圖；圖3是根據(jù)另一實施例的位置確定系統(tǒng)的詳細圖的高級功能結(jié)構(gòu)圖；和圖4是根據(jù)一個實施例的信號強度的圖線。
具體實施例方式圖1圖示出系統(tǒng)100的高級功能結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)一個實施例的位置確定系統(tǒng)102的實施例可以很有利地結(jié)合于系統(tǒng)100使用。系統(tǒng)100是示例性系統(tǒng)，示出了與行進表面106 (例如軌道)鄰接的運載工具104 (例如有軌電車)。為顯示清楚和易于理解，圖1示出在行進表面106上的運載工具104的側(cè)視圖。如圖所示，運載工具104包括位置確定系統(tǒng)102，并沿行進表面106在方向A上行進。運載工具104經(jīng)過射頻(RF)標簽108，例如射頻識別(RFID)標簽。在至少一些實施例中，可使用可替代的RF標簽裝置替換RFID標簽。在至少一些實施例中，標簽108包括被構(gòu)造以在所用RF頻率下提供反射或應(yīng)答性能的RF標簽。在至少一些實施例中，RF標簽108被固定到另一部件和/或被嵌入到另一部件內(nèi)。RF標簽108可為無源裝置和/或有源裝置。運載工具104包括一對天線(“天線I”和“天線2”)110、112，它們形成位置確定系統(tǒng)102的一部分，并且天線110、112沿運載工具104的表面相互成直線地分開。在至少一些實施例中，天線110、112被定位為在平行于RF標簽一段距離處以連續(xù)方式經(jīng)過RF標簽 108。每個天線110、112被組合以形成天線陣列，該天線陣列被配置以生成在對應(yīng)的預(yù)定覆蓋區(qū)(即，天線波束寬度)中的信號，所述對應(yīng)的預(yù)定覆蓋區(qū)分別是指相應(yīng)覆蓋區(qū)114、116內(nèi)的天線覆蓋區(qū)114 (如雙點劃線所指)和天線覆蓋區(qū)116 (如點劃線所指)。這兩種天線覆蓋區(qū)是由于天線以相位相干方式組合以形成和天線模式或差天線模式而產(chǎn)生的，即，所述天線被用作相控天線陣列。所述覆蓋區(qū)是所述天線陣列模式與地面(標簽平面)的相交部分，每個天線發(fā)送信號并且從RF標簽108接收回應(yīng)，分別如信號120、122示意性所示。天線發(fā)送一個作為和陣列的信號，并接收同時作為和陣列及差陣列的信號。在至少一些實施例中，每個天線110、112生成電磁信號。在至少一些實施例中，天線覆蓋區(qū)的寬度可在0.5米(m)至1.5m的量級。在至少一些實施例中，可使用多于兩個天線以形成天線陣列。在至少一些實施例中，可使用單個相控陣列天線以替代各個天線110、112。在操作中，每個天線陣列110、112被配置以將詢問信號發(fā)送至RF標簽108。響應(yīng)于從天線陣列(天線Iio或天線112)接收所述詢問信號，RF標簽108發(fā)送響應(yīng)信號。在至少一些實施例中，所述響應(yīng)信號可為反射信號或應(yīng)答信號。位置確定系統(tǒng)102包括與RF標簽位置確定單元124通信地連接的天線陣列110、112。在至少一些實施例中，位置確定系統(tǒng)102與天線110、112直接電連接。位置確定單元124與主RF信號輸出部126和位置探測信號輸出部128通信地連接。在至少一些實施例中，位置確定系統(tǒng)102與主RF信號輸出部126和位置探測信號輸出部128直接電連接。在至少一些實施例中，位置確定系統(tǒng)102的一個或多個元件可位于運載工具104的內(nèi)部和/或外部。在至少一些實施例中，位置確定系統(tǒng)102的每個元件位于運載工具104的外部，而在其他實施例中，位置確定系統(tǒng)的每個元件位于運載工具的內(nèi)部。各天線的間距和方向根據(jù)要實現(xiàn)的陣列模式而不同。在至少一些實施例中，天線陣列在一個具有表示每個天線的分立元件的實體天線封裝內(nèi)實現(xiàn)。天線陣列和標簽108的極化(即，電場矢量的方向)可以根據(jù)應(yīng)用與軌道(即，行進表面106)相交或與軌道平行。在至少一些實施例中，詢問信號的發(fā)送可通過被構(gòu)造為和陣列的兩個天線中的一個天線或這兩個天線執(zhí)行。圖2圖示出能夠與一個實施例結(jié)合使用的計算機系統(tǒng)200的高級功能結(jié)構(gòu)圖。計算機系統(tǒng)200包括:處理器202(可替代地可以是指處理裝置)、輸入/輸出(I/O)裝置204、存儲器206、探測I/O裝置208，計算機系統(tǒng)的這些裝置通過總線210或者其它互連通信機構(gòu)而通信地連接。此外，計算機系統(tǒng)200還包括:經(jīng)由探測I/O裝置208連到天線110、112的連接部，即，被配置以(例如經(jīng)由總線210)將模擬RF信號處理和轉(zhuǎn)換為數(shù)字探測信號的電路輸出部。探測I/O裝置208包括:位置確定單元(rou) 124，主RF信號輸出部126，和位置探測信號輸出部128。在至少一些實施例中，處理器202可為控制器和/或特定用途集成電路(ASIC)，其被構(gòu)造以執(zhí)行一組指令，例如通過實施例體現(xiàn)的指令。存儲器206 (也可以是指計算機可讀介質(zhì))可包括:隨機存取存儲器(RAM)或其他動態(tài)存儲裝置，例如位置確定功能元件212，其中RAM或其他動態(tài)存儲裝置連接到總線210以存儲將要通過處理器202執(zhí)行的數(shù)據(jù)和/或指令。存儲器206還可用于在將要通過處理器202執(zhí)行的指令的執(zhí)行過程中，存儲臨時變量或其他中間信息。存儲器206還可包括:只讀存儲器(ROM)或其他靜態(tài)存儲裝置，ROM或其他靜態(tài)存儲裝置連接到總線210以存儲處理器202的靜態(tài)信息和指令。存儲裝置(可選的虛線框212)，例如磁盤、光盤、或電磁盤，也可被提供并被連接到總線210以存儲數(shù)據(jù)和/或指令。位置確定功能元件212包括一組電路，所述一組電路被配置以確定RF標簽108相對于天線110、112的位置。在至少一些實施例中，位置確定功能元件212包括一組可執(zhí)行指令，所述指令在由處理器202執(zhí)行時使得處理器提供根據(jù)一個實施例的位置確定功能。I/O裝置204可包括:輸入裝置、輸出裝置和/或組合的輸入/輸出裝置，從而能夠?qū)崿F(xiàn)用戶交互。輸入裝置可包括:例如，鍵盤、鍵板、鼠標、觸控球、觸控板、和/或光標方向鍵，用于將信息和命令傳送至處理器202。輸出裝置可包括:例如，顯示器、打印機、音頻合成器等，用于將信息傳送至用戶。在至少一些實施例中，I/O裝置204可包括:串行和/或并行連接機構(gòu)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)一個或多個文件和/或命令的傳輸，例如以太網(wǎng)或其他類型的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)。在至少一個實施例中，該定位系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊協(xié)議或多種串行接口協(xié)議之一直接連接至自載(on-board)控制系統(tǒng),例如自載列車控制處理器。圖3圖示出位置確定系統(tǒng)102的至少一部分的高級功能結(jié)構(gòu)圖。特別地，圖3圖示出根據(jù)一個實施例的標簽位置確定單元124的詳細圖。位置確定單元124包括:第一 RF分路器部件300和第二 RF分路器部件302，各個RF分路器部件分別從天線110、112接收單個輸入信號。也就是說，分路器部件300從天線110接收信號輸入，分路器部件302從天線112接收信號輸入。天線110、112所接收的信號輸入是由RF標簽108傳送并由天線110、112接收的響應(yīng)信號。在至少一些實施例中，RF分路器部件300、302中的一個或兩個可包括天線陣列的集成部件，例如，分路器300可包括天線110的一部分。分路器部分300將從天線110接收的響應(yīng)信號傳送到求和組合器部件304及求差組合器部件306。在至少一些實施例中，分路器部件300將接收的響應(yīng)信號同時傳送到求和組合器部件304及求差組合器部件306，類似地，分路器部件302將從天線112接收的響應(yīng)信號傳送到求和組合器部件304及求差組合器部件306。求和組合器部件304將從天線110和天線112接收的響應(yīng)信號以相位相干累加的方式組合,并將由此產(chǎn)生的信號傳送到主RF信號輸出部126和相位比較部件308 (也可以是指相位比較器)。求差組合器部件306生成與從天線110和天線112接收的響應(yīng)信號之差相對應(yīng)的相位相干差信號(a phase coherent difference signal),并將由此產(chǎn)生的差信號傳送到相位比較部件308。在至少一些實施例中，單個天線裝置，例如單個組合單元中的天線110、112，可以包括分路器部件300、302、求和組合器部件304和求差組合器部件306的功能。相位比較部件308對從求和部件304接收的所生成的和信號與從求差部件306接收的所生成的差信號之間的相位差進行比較。相位比較部件308將由此產(chǎn)生的信號傳送到位置探測信號輸出部128。在由此產(chǎn)生的相位差信號轉(zhuǎn)變是從0° (度)至180° (度)時，位置探測信號輸出部128指示:位置確定系統(tǒng)102，特別是天線110、112，位于RF標簽108的上方。也就是說，天線110、112位于RF標簽108兩側(cè)，和/或，RF標簽108與天線110、112相距相等的距離。在至少一些實施例中，基于與180度相位差的預(yù)定距離來確定相位差轉(zhuǎn)變。通過這種方式，主RF信號輸出部126用于識別RF標簽108，位置探測信號輸出部128用于識別天線110、112之間的中心點經(jīng)過RF標簽上方。圖3還圖示出信號發(fā)生器310，其包括位置確定單元124的一部分，并被配置以生成詢問信號以傳送到標簽108。所生成的來自信號發(fā)生器310的詢問信號被提供到求和組合器部件304，求和組合器部件304將接收的詢問信號劃分為兩個信號，這兩個信號分別被發(fā)送到天線110、112。天線110、112將接收的作為相控信號的探測信號向標簽108傳送。在至少一些實施例中，信號發(fā)生器310可包括與位置確定單元124分離的部件。進一步地，在一些實施例中，信號發(fā)生器310可包括多于一個信號發(fā)生器，用于生成將要通過天線110、112傳送的詢問信號。圖4圖示出所生成的分別來自求和部件304及求差部件306的和信號及差信號的信號強度的圖線。圖4圖示出當(dāng)天線成直線地移動經(jīng)過標簽時，由采用和-差組合形式的兩個近鄰分開的天線從應(yīng)答或反射標簽接收的信號。圖4還圖示出所確定的在和信號與差信號之間的相位差。圖4的圖形左方的豎直軸線表示和信號與差信號的相對信號強度。圖形右方的豎直軸線表不和信號與差信號之間的相位差。水平軸線表不相對于中心點的距離。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將易于看出，所公開的實施例實現(xiàn)了如上所述的一種或多種優(yōu)點。在閱讀了前述說明書之后，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠?qū)嵤└鞣N改變、等同替換以及各種其他的如本文廣義公開的實施例。因此，本發(fā)明的授權(quán)后保護范圍意在僅受限于所附權(quán)利要求書及其等同方案中包含的限定內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種利用射頻(RF)標簽準確定位的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 采用相控陣列組合形式的至少兩個天線； RF標簽位置確定單元，其與所述至少兩個天線連接并且包括主RF輸出部和位置探測輸出部，所述RF標簽位置確定單元被配置為:響應(yīng)于對由所述相控陣列組合所接收的信號進行比較，而在所述位置探測輸出部處生成位置探測信號。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述RF標簽位置確定單元被配置為:對于在由所述至少兩個天線中的每個天線所接收的信號的相位相干組合之間的相位差轉(zhuǎn)變進行比較。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述RF標簽位置確定單元進一步包括: 信號發(fā)生器，其與所述至少兩個天線中的至少一個天線連接并被配置以為所述至少兩個天線中的至少一個天線生成詢問信號用于傳送。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述信號發(fā)生器與所述至少兩個天線中的每個天線連接。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述RF標簽位置確定單元進一步包括: 相位比較器，其被配置以生成所述位置探測信號； 求和部件，其連接到所述相位比較器和所述至少兩個天線；和 求差部件，其連接到所述相位比較器和所述至少兩個天線。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述求和部件被配置以接收: 來自所述至少兩個天線中的第一天線的第一輸入信號；和 來自所述至少兩個天線中的第二天線的第二輸入信號。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述求差部件被配置以接收: 來自所述至少兩個天線中的第一天線的第一輸入信號；和 來自所述至少兩個天線中的第二天線的第二輸入信號。
8.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述求和部件被配置以生成表示從所述至少兩個天線接收的信號之和的和信號。
9.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述求差部件被配置以生成表示從所述至少兩個天線接收的信號之差的差信號。
10.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述RF標簽位置確定單元進一步包括: 第一分路器部件，其連接到所述至少兩個天線中的第一天線并被配置以發(fā)送與從所述第一天線接收的輸入信號相對應(yīng)的至少兩個信號，所述第一分路器部件連接到所述求和部件及所述求差部件，并被配置以將所述至少兩個信號中的至少一個信號發(fā)送到所述求和部件且將所述至少兩個信號中的至少另一個信號發(fā)送到所述求差部件。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述RF標簽位置確定單元進一步包括: 第二分路器部件，其連接到所述至少兩個天線中的第二天線并被配置以發(fā)送與從所述第二天線接收的輸入信號相對應(yīng)的至少兩個信號，所述第二分路器部件連接到所述求和部件及所述求差部件，并被配置以將所述至少兩個信號中的至少一個信號發(fā)送到所述求和部件且將所述至少兩個 信號中的至少另一個信號發(fā)送到所述求差部件。
12.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述相位比較器被配置為:響應(yīng)于確定從所述求和部件接收到的第一信號與從所述求差部件接收到的第二信號之間的相位差轉(zhuǎn)變，生成所述相位探測信號。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述相位差轉(zhuǎn)變是從在相對于零度相位差的預(yù)定距離內(nèi)至在相對于180度相位差的預(yù)定距離內(nèi)。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少兩個天線位于鄰近地通過RF標簽的運載工具內(nèi)。
15.一種確定RF標簽位置的方法，所述方法包括: 從第一天線接收第一響應(yīng)信號； 從第二天線接收第二響應(yīng)信號； 基于所述第一響應(yīng)信號和第二響應(yīng)信號而生成和信號； 基于所述第一響應(yīng)信號與第二響應(yīng)信號之差而生成差信號；和 響應(yīng)于確定對在所生成的和信號與所生成的差信號之間的相位差轉(zhuǎn)變，生成位置探測信號。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述生成位置探測信號包括:響應(yīng)于確定從在相對于零度相位差的預(yù)定距離內(nèi)轉(zhuǎn)變至在相對于180度相位差的預(yù)定距離內(nèi)，生成位置探測信號。
17.一種存儲指令的存儲器或計算機可讀介質(zhì)，所述指令在由處理器執(zhí)行時使得所述處理器執(zhí)行如權(quán)利要求15所述的方法。
18.—種位置確定單元，用于基于從相控天線組合接收的響應(yīng)信號而確定設(shè)備的位置，所述位置確定單元包括: 相位比較器，其被配置為:基于第一求和部件信號與第一求差部件信號之間的相位差轉(zhuǎn)變而生成位置探測信號； 求和部件，其連接到所述相位比較器，并被配置為:響應(yīng)于接收來自所述相控天線組合中的第一天線的第一響應(yīng)信號和來自所述相控天線組合中的第二天線的第二響應(yīng)信號，而生成所述第一求和部件信號；和 求差部件，其連接到所述相位比較器，并被配置為:響應(yīng)于接收來自所述第一天線的第一響應(yīng)信號和來自所述第二天線的第二響應(yīng)信號而生成所述第一求差部件信號。
19.如權(quán)利要求18所述的位置確定單元，進一步包括: 至少一個分路器部件，其被連接在所述求和部件與至少一個所述第一天線之間或被連接在所述求和部件與至少一個所述第二天線之間，并且被連接在所述求差部件與至少一個所述第一天線之間或被連接在所述求差部件與至少一個所述第二天線之間。
20.如權(quán)利要求18所述的位置確定單元，進一步包括: 信號發(fā)生器，其連接到所述求和部件，并被配置以生成詢問信號用以發(fā)送到所述相控天線組合。
全文摘要
一種用于利用射頻標簽準確定位的系統(tǒng)及其對應(yīng)的方法。所述系統(tǒng)包括采用相控陣列組合形式的至少兩個天線；和與所述至少兩個天線連接的RF標簽位置確定單元。所述系統(tǒng)還包括主RF輸出部和位置探測輸出部。所述RF標簽位置確定單元被配置為響應(yīng)于對由所述至少兩個天線中的每個天線所接收的信號進行比較，在所述位置探測輸出部處生成位置探測信號。
文檔編號G01S5/02GK103154763SQ201080066756
公開日2013年6月12日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者科林·查爾斯·班廷 申請人:泰雷茲加拿大有限公司