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无源射频识别场景下的抗多径被动式定位技术研究

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无源射频识别场景下的抗多径被动式定位技术研究

作者：张晓曼天津大学

学位级别：硕士

随着物联网技术的发展，许多智能感知系统正逐步走近人们的日常生活，影响着人们的生活方式。基于无源射频识别（RadioFrequencyIdentification,rfid）的被动式定位（Device-FreeLocalization,DFL）作为一种无须定位目标佩戴无线设备和... 详细信息

随着物联网技术的发展，许多智能感知系统正逐步走近人们的日常生活，影响着人们的生活方式。基于无源射频识别（RadioFrequencyIdentification,rfid）的被动式定位（Device-FreeLocalization,DFL）作为一种无须定位目标佩戴无线设备和主动参与定位过程的低成本室内定位技术，在医疗监护、应急救援等应用领域具有广阔的发展前景。近年来，由于接收信号强度（ReceivedSignalStrength,RSS）信号易于获取且便于计算等特点，基于RSS的DFL系统受到了国内外学者的广泛关注。　　射频层析成像（RadioTomographyImaging,RTI）是一种将无线通信链路的RSS衰减值映射到网格化的定位监控区域中，最后以灰度图像的方式展现定位的结果的DFL技术，具有实时性强、计算复杂度低等优点。然而，RTI仅利用视距（LineofSight,LOS）路径信息来分析RSS的信道行为，忽略了实际接收信号强度中包含的多路径信息，不能有效地抵抗多径干扰。针对以上问题，本文首先搭建了一个天线阵列的场景，证明了静态反射多路径应用于被动式定位的可靠性。在此基础上，本文提出了一种基于多径增强的无训练射频层析成像多目标定位（Training-FreeMultipathEnhancement,TFME-RTI）方法，通过引入空间中已知的反射器求解出了虚拟阅读器天线的位置。然后，建立了静态反射多路径应用于RTI算法的转换模型。最后，本文在两种室内场景下进行了多次实验。实验中TFME-RTI方法定位单目标的中值误差为0.33m，两个目标下的中值误差为0.42m。实验结果表明TFME-RTI方法具有较高的定位精度。　　基于模型的DFL系统需要事先建立准确的数学模型，但这在复杂的多径场景下通常很难实现。基于指纹法的被动式定位通过离线位置指纹库和在线匹配的机制来对抗多径与噪声干扰问题。然而，随着目标数目的增加，建立多目标指纹库通常需要消耗大量的人力成本。针对这一问题，本文提出了一种基于快速贝叶斯匹配追踪的多目标定位（FastBayesianMatchingPursuitbasedDevice-FreeLocalization,FBMP-DFL）方法。FBMP-DFL在压缩感知（CompressedSensing,CS）的框架下，利用单目标指纹库建立了被动式多目标定位的信号模型。并在稀疏重构阶段利用快速贝叶斯匹配追踪算法实现了多目标数目与位置的估计。实验结果表明FBMP-DFL方法可较准确地识别四个目标以下的目标数目与位置。

关键词：无源RFID 射频层析成像被动式定位压缩感知快速贝叶斯匹配追踪

基于恶意读写器发现的rfid空口入侵检测技术

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软件学报 2018年第7期29卷 1922-1936页

作者：黄伟庆丁昶崔越王思叶张艳芳赵博白诸邵忆毛锐陈超北京交通大学计算机与信息技术学院北京100044 中国科学院信息工程研究所北京100093 中国科学院大学网络空间安全学院北京100093

随着rfid技术的不断发展,其在物流管理、货物监控、会议安全保障等领域的应用越来越广泛,但随之而来的安全威胁是不得不需要考虑的隐患因素.在无线通信技术中,空中接口定义了终端设备与网络设备之间的电磁连接技术规范.目前大部分rfid... 详细信息

随着rfid技术的不断发展,其在物流管理、货物监控、会议安全保障等领域的应用越来越广泛,但随之而来的安全威胁是不得不需要考虑的隐患因素.在无线通信技术中,空中接口定义了终端设备与网络设备之间的电磁连接技术规范.目前大部分rfid设备采用公开的标准通信协议进行数据传输,使得rfid系统容易遭到恶意设备的空口入侵,从而导致rfid系统面临严重的安全威胁与数据隐私保护问题.研究基于恶意读写器的实时发现,完成空口入侵的检测,避免空口数据遭到窃取,保证数据传输安全.主要利用无源感知技术对rfid信号无线信道状态信息进行分析与计算,综合运用接收信号强度、相位、吞吐量等信息,提取并建立可以描述无线信道状态信息的参数.利用提取的参数建立基于有限状态机的rfid信号感知数据推断模型,结合自适应算法得出稳态作为依据,分析判断rfid信号的具体变化,实现基于恶意读写器的rfid空口入侵检测.

关键词：物联网安全无源RFID 空口入侵隐私保护

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一种基于无源RFID的裂缝传感器设计

传感技术学报 2020年第6期33卷 785-790页

作者：郑俊飞王健夏银水钱利波宁波大学信息科学与工程学院浙江宁波315211

基于无源RFID原理,提出了一种安全可靠、结构简单、价格低廉的新型裂缝标签传感器。该标签由两个嵌套的环形缝隙天线、二倍压整流电路、二次谐波带阻滤波器和发光报警电路组成,工作频率为f0=2.45 GHz,并使用0.254 mm厚超薄型高频覆铜板... 详细信息

基于无源RFID原理,提出了一种安全可靠、结构简单、价格低廉的新型裂缝标签传感器。该标签由两个嵌套的环形缝隙天线、二倍压整流电路、二次谐波带阻滤波器和发光报警电路组成,工作频率为f0=2.45 GHz,并使用0.254 mm厚超薄型高频覆铜板加工制作完成。当裂缝出现时,带阻滤波器与传感器标签断开连接,标签中的二次谐波信号通过缝隙天线发送到接收端实现远距离报警,同时标签中的直流信号给发光报警电路供电实现近距离的位置报警。实验结果表明,当有效发射功率为35 dBm时,传感器标签的预警距离可达7 m以上,发光定位的正常工作距离超过0.8 m。

关键词：无源RFID 裂缝传感器缝隙天线整流电路带阻滤波器

基于物联网技术的无源RFID多卡识别系统设计

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现代电子技术 2019年第15期42卷 38-42,46页

作者：刘颖鹿玉红孙晓叶郭娜防灾科技学院信息工程学院

传统的无源RFID多卡识别系统在识别时很容易受到外界信号干扰,准确率低。针对这一问题,利用物联网技术设计一种新的无源RFID多卡识别系统,在系统硬件和软件上进行强化。系统硬件包括上位机、物联网和射频模块三部分,对处理芯片、协调器... 详细信息

传统的无源RFID多卡识别系统在识别时很容易受到外界信号干扰,准确率低。针对这一问题,利用物联网技术设计一种新的无源RFID多卡识别系统,在系统硬件和软件上进行强化。系统硬件包括上位机、物联网和射频模块三部分,对处理芯片、协调器模块及射频模块进行设计。利用ZigBee2006协议栈设定软件程序。为检测系统应用效果,与传统识别系统进行对比实验,结果表明,基于物联网技术设计的无源RFID多卡识别系统不易受到外界信号干扰,识别准确率更高。

关键词：物联网无源RFID 多卡识别识别系统医疗系统射频识别

集成于无源UHF rfid标签的宽温测范围CMOS温度传感器

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传感技术学报 2014年第5期27卷 581-586页

作者：李勃毛陆虹张世林谢生战金雷天津大学电子信息工程学院天津300072

针对无源UHF rfid标签温度测量范围小、功耗等问题,本文提出了一种集成于无源UHF rfid标签的宽温测范围CMOS温度传感器。本文设计采用UMC 0.18μm 1P6M CMOS工艺进行设计,提出一种新温度脉冲转换电路结构产生随温度变化的脉冲,从而实现... 详细信息

针对无源UHF rfid标签温度测量范围小、功耗等问题,本文提出了一种集成于无源UHF rfid标签的宽温测范围CMOS温度传感器。本文设计采用UMC 0.18μm 1P6M CMOS工艺进行设计,提出一种新温度脉冲转换电路结构产生随温度变化的脉冲,从而实现了宽温度测量。仿真结果表明：当温度范围在-75℃-125℃时,温度脉冲宽度变化近220μs,标签芯片供电电压为1.5V时,室温时新增的温度传感器模块功耗仅为200 nW,温度传感器精度为0.45℃/LSB。测试结果：在-5℃~45℃范围内进行测试,温度传感器精度为0.48℃/LSB,其中在室温25℃左右振荡器频率2.087 MHz,脉冲宽度大约110μs,异步计数器显示为011011000。

关键词：无源RFID 温度传感器宽温测范围新型温度补偿性振荡器

基于无源RFID技术的输送带撕裂检测系统设计及应用

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煤矿机械 2019年第3期40卷 115-117页

作者：方崇全中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037

带式输送机在连续物料运输中扮演重要角色。输送带撕裂不仅影响正常生产,而且会造成经济损失或者人员伤亡。为解决现有输送带撕裂检测方法在可靠性、灵敏性和准确性三方面的问题,设计了一种基于无源RFID技术的输送带撕裂检测系统。系统... 详细信息

带式输送机在连续物料运输中扮演重要角色。输送带撕裂不仅影响正常生产,而且会造成经济损失或者人员伤亡。为解决现有输送带撕裂检测方法在可靠性、灵敏性和准确性三方面的问题,设计了一种基于无源RFID技术的输送带撕裂检测系统。系统在输送带中以一定的间距嵌入无源RFID电磁感应线圈,输送带撕裂时破坏线圈,撕裂检测仪主机不能通过耦合探头耦合感应到电磁感应线圈信息,从而发出撕裂警报并输出停机信号。在神东柳塔煤矿的工业性应用表明系统具有准确性高、不受环境影响、无需标定起始位置等特点,为检测带式输送机撕裂、减少安全事故提供了新的解决方案。

关键词：带式输送机撕裂无源RFID

rfid场景下融合链路信息的射频层析成像被动式定位研究

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RFID场景下融合链路信息的射频层析成像被动式定位研究

作者：张月天津大学

学位级别：硕士

被动式定位(Device-Free Localization,DFL)不需要目标携带任何辅助设备,非常适合于医疗保健服务、紧急救援行动或智慧城市等领域。射频层析成像(Radio Tomography Imaging,RTI)是一种基于接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)... 详细信息

被动式定位(Device-Free Localization,DFL)不需要目标携带任何辅助设备,非常适合于医疗保健服务、紧急救援行动或智慧城市等领域。射频层析成像(Radio Tomography Imaging,RTI)是一种基于接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)的被动式定位方法,它将无线网络中物理对象引起的衰减场创建为一个图像。RTI具有良好的实时性,不需要大量的校准工作,因此受到了学者们的广泛关注。基于无源射频识别(Radio Frequency Identification,rfid)的被动式定位系统具有低维护、低成本、易于部署的优势,本文关于射频层析成像的研究是在此系统中进行的。在复杂的室内环境中,无线链路的RSS值很容易受到多径和噪声的干扰。在多目标定位中,RTI成像结果中会出现许多伪目标,这会极大地降低定位性能。因此,如何从成像结果中去除伪目标,识别真实目标的位置和数量,成为多目标定位中亟待解决的问题。对此,本文提出了一种基于射频层析成像的扫描圆链路分析(Scanning Circle Link Analysis,SCLA-RTI)方法。通过扫描圆方法获取局部最大值区域穿过的链路,然后进行链路分析,寻找真目标和伪目标之间的特征差异,将定位问题转为一个二分类的问题,最后采用了随机森林分类器对真、伪目标进行识别。鉴于许多针对多目标的被动式算法都是基于有效的单目标定位算法发展起来的,本文还提出了一种基于射频层析成像的加权链路几何定位算法(Weighted Link Geometry Localization Algorithm,RWG)用于单目标定位,用精心设计的三个权重对受影响链路交点进行加权融合,得到精确的定位结果。本文在典型的室内环境进行了多次实验,实验结果表明SCLA-RTI算法可准确识别至少四个目标。RWG算法在单目标定位场景下,实现1 m以内定位误差的概率在90%以上。

关键词：被动式定位射频层析成像无源RFID 扫描圆链路分析加权链路几何法多目标定位

基于无源RFID技术的设备安全监管系统的设计与实现

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基于无源RFID技术的设备安全监管系统的设计与实现

作者：韦诗柳西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着信息化技术的不断发展,各类设备充斥在人们工作、生活的各个角落。各个领域、行业中各类设备纷繁多杂,其中有不少设备包含了大量的敏感、涉密信息,涉及个人隐私、行业机密、商业秘密、国家秘密等,对于各类设备的安全化管理已不容小... 详细信息

随着信息化技术的不断发展,各类设备充斥在人们工作、生活的各个角落。各个领域、行业中各类设备纷繁多杂,其中有不少设备包含了大量的敏感、涉密信息,涉及个人隐私、行业机密、商业秘密、国家秘密等,对于各类设备的安全化管理已不容小觑。一旦存储信息的设备丢失或被窃,其中包含的信息会有泄露的可能,不但会造成企业个人机密信息的丢失,严重的还会对国家安全造成威胁。而当前大多数场景中对设备的管理功能仍旧依赖于手工化操作,需要人工实地巡查,按照设备的型号、名称等详细信息针对设备进行逐一对比记录,既费时又费力,运维巡查人员责任心、实操水平等参差不齐,误记、漏记等问题接肘而来,无法做到全方位有效的的智能监管。本文通过对设备安全监管系统发展现状的研究,以及对常用的室内定位技术进行对比研究,设计和实现了一个基于无源RFID技术的设备安全监管系统,该系统具有实时定位跟踪、设备信息自动采集、设备状况全流程审批等功能,能够满足企业或者政府等各个行业对设备日常监管的各项要求。论文的主要研究工作包括:（1）设计与实现了一套基于无源RFID技术的设备安全监管系统,该系统旨在构建一个以设备为核心的“设备采购—设备录入—设备维护—设备定位安全监管—审批使用—设备报废”的全生命周期流程管理系统,实现了设备的全面信息化管理。（2）本文系统通过实验对比,在设计和实现的过程中选用了一种基于参考标签按正六边形布置的室内定位算法。在保障定位精度的前提下,该算法通过将参考标签按正六边形结构布置,使得在单位面积内所使用的参考标签数量变少,该算法可有效地降低定位系统的建设成本,而且标签数目减少也可以有效降低系统之间信号干扰,从而有效提高定位算法的性能。

关键词：无源RFID 设备管理系统定位跟踪算法

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基于无源RFID的裂缝传感器设计与研究

基于无源RFID的裂缝传感器设计与研究

作者：郑俊飞宁波大学

学位级别：硕士

近年来,随着基础建筑设施的快速发展和完善,结构健康监测(Structural Health Monitoring,SHM)用以持续评估基础设施的结构完整性,避免潜在的经济损失和人身安全问题,逐渐成为一个重要的研究领域。目前,由于射频识别(Radio Frequency Ide... 详细信息

近年来,随着基础建筑设施的快速发展和完善,结构健康监测(Structural Health Monitoring,SHM)用以持续评估基础设施的结构完整性,避免潜在的经济损失和人身安全问题,逐渐成为一个重要的研究领域。目前,由于射频识别(Radio Frequency Identification,rfid)标签结构简单,使用方便,具有较高的可靠性和较低的制作成本,既能够在恶劣的环境中工作又能够实现大规模部署,非常适用于建筑结构的裂缝监测,在结构健康监测中具有广阔的应用前景。因此,本文基于无源无芯片rfid原理研究并设计了一种裂缝传感器标签,并对裂缝的远距离检测和定位问题进行了一系列的讨论和分析,主要研究内容如下:首先,在二倍压整流电路的基础上进行改进,设计了一种新颖的裂缝传感器标签电路,该电路能够将输入的2.45GHz射频信号转换为二次谐波信号和直流信号输出。当传感器处于“断裂”状态时,二次谐波带阻滤波器枝节与传感器电路断开,此时传感器将二次谐波信号发送到阅读器实现远距离报警,同时电路中的直流信号给后端发光报警电路供电实现位置报警。通过使用仿真软件ADS进行设计,并搭建实验平台对标签电路进行实物测试,进一步验证该标签电路的功能。实验结果表明,当发射功率为20d Bm时,阅读器与传感器之间的工作距离可以达到5.5m,传感器发光报警电路正常工作范围可达0.8m。其次,为进一步实现标签的实用性,基于微带缝隙天线理论,设计了一款双频缝隙天线。该天线将2.45GHz和4.9GHz两个环形缝隙单频天线进行正交嵌套而成,目的是为了降低这两个信号间的相互干扰且进一步减小了天线的结构尺寸。通过优化仿真可得到基频接收天线增益G=3dBi,二次谐波发射天线增益G=5dBi,并在两个工作频点处实现较好的阻抗匹配,回波损耗均达到15dB以上,且两个端口间隔离度可达到17dB以上。然后,在对传感器电路结构和性能做进一步改进和优化的基础上,将其与缝隙天线进行单板组合,从而实现完整的传感器标签。该标签的接收和发射天线位于基板的正面,传感器电路位于基板的背面,从而在较大程度上降低了系统的复杂性。通过对该标签进行软件仿真和实验测试可以得到,当有效发射功率为35dBm时,传感器标签的远距离谐波检测范围为7m,近距离发光定位的范围为0.8m。既实现了裂缝传感器的检测性能又降低了系统的复杂性。最后,针对多标签场景下的裂缝检测进行讨论和分析,指出了在多节点系统中存在的由于功率泄露现象而造成的误报警问题。通过实验测试表明,对于多节点中产生的误报警现象,可通过在正常工作范围内增加检测距离来进一步判断是否有裂缝产生,同时该标签的发光报警信号不仅具有定位的功能还具有防误报警的作用,可通过缩短测量距离来进一步判断裂缝是否真正存在以及其所处的位置。这些都充分体现了该标签的使用价值和新颖性。

关键词：结构健康监测无源RFID 裂缝传感器缝隙天线整流电路