專利名稱：射頻環(huán)境對象監(jiān)視系統(tǒng)和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對象存在反饋的射頻環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用以 經(jīng)由當(dāng)監(jiān)視區(qū)域內(nèi)存在的對象在位置和或數(shù)量上變化時發(fā)生的所監(jiān)視RF環(huán)境的改變的分 析、來進(jìn)行加上RFID標(biāo)簽和/或未加上RFID標(biāo)簽對象監(jiān)視的射頻環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以前的RFID標(biāo)簽存貨(inventory)和或?qū)ο笸ㄟ^網(wǎng)關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)依賴于讀取一個 或多個標(biāo)簽，每個標(biāo)簽代表相關(guān)聯(lián)對象的一個單元或者已知數(shù)量的單元。把RFID標(biāo)簽應(yīng)用到要監(jiān)視的每個對象是不現(xiàn)實的，和或期望利用比只是與一些 對象相關(guān)聯(lián)的RFID標(biāo)簽的二進(jìn)制指示更高的精度來監(jiān)視要監(jiān)視的大量對象的存在，每個 所述對象可以被加標(biāo)簽或者不被加標(biāo)簽，如可能是物品(item)包含在備件倉庫內(nèi)的情況。在現(xiàn)有的RFID入口系統(tǒng)中，在穿過例如在配售中心的多個塢門(dockdoor)期間， RFID讀取器監(jiān)視附著在對象和/或?qū)ο筘?fù)載上的RFID標(biāo)簽。由于已知的RFID系統(tǒng)的特 性，所以不總是可能確定特定的標(biāo)簽是否在特定的門中。例如在門2中的讀取器讀取在門1 或者門3中的標(biāo)簽是可能的。在沒有專門的門傳感器的情況下，不可能確定特定的門是打 開還是關(guān)閉以及對象是移出配售中心還是移入配售中心。此外，許多物品具有不足以被加標(biāo)簽的封裝，例如金屬罐和/或塑料瓶，例如軟飲 料。同樣，給例如釘子、螺栓、電池、硬幣或類似物的各個物品加標(biāo)簽是不經(jīng)濟(jì)的。為了優(yōu)化 存貨操作，例如對于準(zhǔn)時制(Just In Time)存貨系統(tǒng)，在實際耗盡(d印letion)發(fā)生前，需 要知道耗盡率和/或特定物品的存貨將要何時耗盡。因此，本發(fā)明的目的就是提供克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷的對象監(jiān)視解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種射頻環(huán)境對象監(jiān)視系統(tǒng)，包括三維無線電環(huán)境 監(jiān)視系統(tǒng)，包括耦接到天線的RF發(fā)射機(jī)-接收機(jī)，所述天線具有電子操縱電路；所述天 線操作以發(fā)射連續(xù)波信號，所述連續(xù)波信號由所述電子操縱電路來操縱；處理器，具有數(shù)據(jù) 矩陣，用于存儲通過所述RF發(fā)射機(jī)_接收機(jī)接收的多個響應(yīng)信號的多個信號數(shù)據(jù)記錄；和 位置邏輯，基于所述數(shù)據(jù)記錄操作以推出在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的多個響應(yīng)信號的三維信號原始位 置；所述響應(yīng)信號的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，與所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的已知對象位置相關(guān)聯(lián)；和規(guī)則引擎， 用于比較所述信號數(shù)據(jù)記錄與所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，以確定對象存貨。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種在目標(biāo)區(qū)域中監(jiān)視未加標(biāo)簽對象的方法，包 括以下步驟當(dāng)所述目標(biāo)區(qū)域充滿對象時，通過記錄由三維無線電環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)接收的所 述目標(biāo)區(qū)域的RF環(huán)境指紋的改變的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，來校準(zhǔn)用于目標(biāo)區(qū)域的所述三維無線電 環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)；為了當(dāng)前RF環(huán)境指紋，用所述三維無線電環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)掃描所述目標(biāo)區(qū) 域；通過規(guī)則引擎比較所述當(dāng)前RF環(huán)境指紋和所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集；和報告所述規(guī)則引擎的輸 出ο
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)監(jiān)視未加標(biāo)簽對象的方法，包 括以下步驟當(dāng)所述目標(biāo)區(qū)域充滿對象時，通過記錄由三維無線電環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)接收的所 述目標(biāo)區(qū)域的RF環(huán)境指紋的改變的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，校準(zhǔn)用于目標(biāo)區(qū)域的所述三維無線電環(huán) 境監(jiān)視系統(tǒng)；所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集包括所述RF環(huán)境指紋的改變，該改變由用所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的 多個位置中的多個對象填充所述目標(biāo)區(qū)域引起；為了當(dāng)前RF環(huán)境指紋，用所述三維無線電 環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)掃描所述目標(biāo)區(qū)域；通過規(guī)則引擎比較所述當(dāng)前RF環(huán)境指紋和所述基準(zhǔn)數(shù) 據(jù)集；所述規(guī)則引擎包括視線參數(shù)，其中來自所述目標(biāo)區(qū)域中的參考RFID的信號響應(yīng)的惡 化指示了沿著所述參考RFID和與信號響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的天線之間的視線而存在對象；所述規(guī) 則引擎包括動態(tài)偽發(fā)射器參數(shù)，其中出現(xiàn)和或消失的偽發(fā)射器與依照所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集在已 知位置安放的對象相關(guān)；所述規(guī)則引擎包括靜態(tài)偽發(fā)射器參數(shù)，其中靜態(tài)偽發(fā)射器的信號 惡化與依照所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集在已知位置安放的對象相關(guān)；和報告所述規(guī)則引擎的輸出。


結(jié)合到本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分的

本發(fā)明的實施例，其中在 附圖中的相同附圖標(biāo)記指的是相同的特性或元件，并且可能不在它們出現(xiàn)的每個附圖中詳 細(xì)描述，并且連同上述給出的本發(fā)明的一般描述、以及下面給出的實施例的詳細(xì)描述用于 解釋本發(fā)明的原理。圖1是依照本發(fā)明的示例性無線電環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)的示意性框圖。圖2是示范在目標(biāo)區(qū)域的參考標(biāo)簽和為掃描目標(biāo)區(qū)域安置的一對協(xié)作的RF發(fā)射 機(jī)_接收機(jī)/光束操縱/天線組件的示意圖。圖3是示范與由目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的天線檢測的目標(biāo)區(qū)域中的參考標(biāo)簽相關(guān)的信號路 徑的示意圖，該目標(biāo)區(qū)域充滿未加標(biāo)簽的對象。圖4是一半未加標(biāo)簽的對象被移除的、依照圖3的示意圖。圖5是所有未加標(biāo)簽的對象被移除的、依照圖3的示意圖。圖6是信號處理器和功能處理器模塊的示意圖。圖7是生成用于處理單元的信號輸入的雙天線實施例的示意圖。圖8是包括規(guī)則引擎的處理單元的示意圖。圖9是與信號電平和頻率相關(guān)的、目標(biāo)區(qū)域位置的瞬間特征(signature)的示意 圖表示。圖10是與相位角和頻率相關(guān)的圖9的瞬間特征的示意圖表示。圖11是在延長時間段上從采樣圖9的目標(biāo)區(qū)域位置的瞬間特征中獲得的平均子 特征的示意圖表示。圖12是與相位角和頻率相關(guān)的、圖11的平均子特征的示意圖表示。圖13是在ITCS的收發(fā)機(jī)被關(guān)閉的目標(biāo)區(qū)域位置上的背景環(huán)境噪聲的示意圖表示。
圖14是當(dāng)初始未加標(biāo)簽的對象為空時從被連續(xù)掃描的目標(biāo)區(qū)域獲得的，關(guān)于信 號電平和頻率的RF環(huán)境指紋(fingerprint)的示意圖表示。圖15是與相位和頻率相關(guān)的、圖14的RF環(huán)境指紋的示意圖表示。圖16是當(dāng)圖14的目標(biāo)區(qū)域一半充滿未加標(biāo)簽的對象時、從連續(xù)掃描的圖14的目標(biāo)區(qū)域獲得的與信號電平和頻率相關(guān)的RF環(huán)境指紋的示意圖表示。圖17是與相位和頻率相關(guān)的、圖16的RF環(huán)境指紋的示意圖表示。圖18是當(dāng)圖14的目標(biāo)區(qū)域一半充滿未加標(biāo)簽的對象時，從連續(xù)掃描的圖14的目 標(biāo)區(qū)域獲得的、與信號電平和頻率相關(guān)的RF環(huán)境指紋的示意圖表示。圖19是與相位和頻率相關(guān)的、圖18的RF環(huán)境指紋的示意圖表示。
具體實施例方式發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到監(jiān)視的射頻環(huán)境的總體(此后稱作RF環(huán)境指紋)可以用于推 出對象存在和/或位置的改變，即便在不是向目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的各個對象各自提供它們自己單 獨(dú)RFID標(biāo)簽的情況下?？赡芙?jīng)由RFID監(jiān)視系統(tǒng)在三維目標(biāo)區(qū)域內(nèi)監(jiān)視RFID標(biāo)簽的存在和/或運(yùn)動方 向。例如，由Bloy等人在2008年3月30日提交的國際專利申請?zhí)枮镻CT/US08/58824、題 目為"Radio Frequency Signal Acquisition and SourceLocation System，，禾口由 Bloy 在 2008年9月9號提交的國際專利申請?zhí)枮镻CT/IB2008/053643、名稱為“Steerable Phase Array Antenna RFID TagLocater and Tracking System，，的國際專利申請，兩個申請共同 由本申請擁有并因此全部通過參考而進(jìn)行合并，兩個申請描述了經(jīng)由諸如與面板天線的對 應(yīng)的天線元件陣列耦接的移相器陣列的電子波束操縱電路來執(zhí)行目標(biāo)區(qū)域波束掃描的協(xié) 作可操縱相位陣列天線系統(tǒng)，其中通過從目標(biāo)區(qū)域的先前掃描中獲得的歷史信號數(shù)據(jù)的邏 輯處理來推出各個RFID標(biāo)簽的存在和位置。為了推出RFID標(biāo)簽的位置，PCT/US08/58824的RF信號智能跟蹤和控制系統(tǒng) (ITCS)響應(yīng)于引導(dǎo)通過目標(biāo)區(qū)域的掃描窄波束詢問信號來處理所接收的多個信號，以便在 最終到達(dá)天線之前推出哪些是從各個RFID標(biāo)簽直接接收的真實信號，以及哪些是次級表 面反射的相同RFID標(biāo)簽響應(yīng)信號(攜帶相同的RFID標(biāo)簽標(biāo)識)的偽發(fā)射器反射?？商幚?所接收的信號信息以拒絕偽發(fā)射器，從而識別用以集中在三維位置例程的信號響應(yīng)，因此 識別三維中的RFID標(biāo)簽位置?？山M合所識別的RFID標(biāo)簽位置，以產(chǎn)生目標(biāo)區(qū)域中的每個 RFID標(biāo)簽位置和RFID標(biāo)簽隨時間移動(如果有的話)的三維畫面。此外，ITCS可以應(yīng)用高度集中的和/或變化的詢問信號功率，以例如透過鄰近的 對象和/或在特定的RFID標(biāo)簽周圍的封裝。ITCS包括連接到相移網(wǎng)絡(luò)的電子可操縱相位陣列天線和射頻發(fā)射機(jī)_接收機(jī)單 元。為了本發(fā)明的目的，可以特定地或者可以不特定地配置該發(fā)射機(jī)-接收機(jī)單元，用于識 另|J、跟蹤和定位RFID標(biāo)簽。該發(fā)射機(jī)-接收機(jī)單元可以包含用以與電子操縱電路和天線協(xié) 作地執(zhí)行以下功能的電路和/或邏輯能力，該功能例如-傳送連續(xù)波信號-修改和/或調(diào)制連續(xù)波信號_接收返回信號_解調(diào)返回信號-返回信號信號強(qiáng)度測量-發(fā)射機(jī)信號和返回信號之間的時間延遲測量-與發(fā)射機(jī)信號的相位相比較的返回信號的相位測量；和
-報告所返回信號的強(qiáng)度、相對相位和時間延遲。發(fā)射機(jī)-接收機(jī)單元在處理單元的控制下并提供接收的信號信息給處理單元，處 理單元可以在天線和/或發(fā)射機(jī)_接收機(jī)本地、或者遠(yuǎn)離天線和/或發(fā)射機(jī)_接收機(jī)。處 理單元促使發(fā)射機(jī)_接收機(jī)傳送連續(xù)波信號并且進(jìn)一步促使如期望地修改/調(diào)制連續(xù)波信 號。該處理單元還直接或者通過到專門的電子操縱子處理器/控制器的通信鏈路來命令電 子操縱電路，以將從可操縱的相位陣列天線發(fā)射的波束引導(dǎo)到不同的方向，例如將波束方 向引導(dǎo)通過目標(biāo)區(qū)域的光柵掃描等。在波束的每個點(diǎn)或位置，該發(fā)射機(jī)-接收機(jī)單元的輸 出報告被傳遞到處理器，所述輸出報告包括例如-掃描方向和時間代碼； -任何檢測的(多個)RFID標(biāo)簽的折射頻率索引；-相對相位和時間延遲；-返回信號強(qiáng)度指示符(RSSI)-對象覆蓋或者不覆蓋RFID標(biāo)簽將改變RSSI(信號 吸收的增量(delta))；和-多徑偽發(fā)射器偏移(誤差)_多個偽反射和它們監(jiān)視的位置將隨著其它對象的信 號源的位置和或覆蓋的改變而改變。輸出報告可以存儲在存儲器、寄存器或表格中，其可以是暫時的或者永久的，下文 中稱作數(shù)據(jù)矩陣。如在PCT/US08/58824中公開的，當(dāng)試圖識別目標(biāo)區(qū)域中的加上RFID標(biāo)簽的物品 的位置時，ITCS能夠檢測所謂的偽發(fā)射器，并使用多徑模糊解析算法來減少或消除這些信 號引入的位置模糊。然而現(xiàn)有的ITCS RFID跟蹤和定位系統(tǒng)包括大量的專門用于識別和拒 絕這些偽發(fā)射器信號的邏輯，本發(fā)明認(rèn)識到，特別是當(dāng)隨時間跟蹤這些信號的出現(xiàn)、定位和 /或消失作為呈現(xiàn)在目標(biāo)區(qū)域中的整個RF環(huán)境指紋的部分時，這些信號可以解釋為在目標(biāo) 區(qū)域中的未加標(biāo)簽對象的對象存在和/或位置指示符。如圖1所示，依照本發(fā)明的示范系統(tǒng)是ITCS的變體，包括耦合到收發(fā)機(jī)2的多個 天線7。(多個)天線7提供可經(jīng)由通過收發(fā)器2和/或處理器1引導(dǎo)的分離的或者集成 的波束控制器操縱的信號波束。處理器單元1還包括針對例如在處理器單元1的數(shù)據(jù)矩陣 5中存儲的現(xiàn)在的RF環(huán)境指紋和基準(zhǔn)配置數(shù)據(jù)的收集、與普通ITCS處理器功能一致地操 作的規(guī)則引擎3?？蛇x擇地，ITCS可以包括多個收發(fā)器2，每個收發(fā)器專用于單獨(dú)的或多個 天線7。經(jīng)由操作員界面4輸入系統(tǒng)命令并輸出結(jié)果。規(guī)則引擎3比較實時RF環(huán)境指紋 和一組基準(zhǔn)校準(zhǔn)RF環(huán)境指紋數(shù)據(jù)集，以識別在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)存在的偽發(fā)射器、和/或數(shù)量改 變的響應(yīng)信號惡化指示、和/或未加標(biāo)簽對象的位置。例如圖2所示，當(dāng)在目標(biāo)區(qū)域9附近 安放多個ITCS天線7時，位置、偽發(fā)射器和/或響應(yīng)信號惡化指示的分辨率顯著地增加了。 至少兩個天線7使能夠應(yīng)用每個天線7波束向量之間的三角測量邏輯，以產(chǎn)生單獨(dú)使用的 信號源的準(zhǔn)確Z軸位置參數(shù)或者作為對從信號定時例程推出的ζ軸估計的進(jìn)一步精確度檢 查。在圖3-5中演示了，規(guī)則引擎3針對在目標(biāo)區(qū)域9中存在的未加標(biāo)簽對象11的兩 個主要指示來操作。首先，在視線參數(shù)13中，當(dāng)(多個)未加標(biāo)簽的對象11和/或建筑17 出現(xiàn)在和/或放置在參考RFID標(biāo)簽15和天線7之間的信號路徑中(例如覆蓋和/或遮蔽 到參考RFID標(biāo)簽15的信號路徑)時，來自參考RFID標(biāo)簽15的響應(yīng)信號將顯著地惡化和/或完全切斷，從而識別沿著參考RFID標(biāo)簽15和天線7之間的信號路徑的未加標(biāo)簽對象11 的存在。(多個)參考RFID標(biāo)簽15可以是在目標(biāo)區(qū)域9周圍永久性附著的無源RFID標(biāo) 簽，例如在要監(jiān)視的地面、架子和/或儲藏室、倉庫的天花板上或其它空間。第二，在偽發(fā)射 器參數(shù)19中，最接近參考RFID標(biāo)簽15信號路徑地出現(xiàn)和/或放置的、包括RF反射面(金 屬和/或涂敷在表面上的金屬)的未加標(biāo)簽對象和/或建筑17將產(chǎn)生關(guān)于可在目標(biāo)區(qū)域9 內(nèi)三維定位的RFID標(biāo)簽15的偽發(fā)射器響應(yīng)，仿佛它們是RFID標(biāo)簽本身一樣。進(jìn)而，在目 標(biāo)區(qū)域9附近布置(多個)分開的天線7，每個天線7、各種參考RFID標(biāo)簽15和未加標(biāo)簽 的對象11之間的不同視線可以產(chǎn)生視線信號參數(shù)13和相對于(多個)相同未加標(biāo)簽的對 象11響應(yīng)的偽發(fā)射器參數(shù)19兩者，顯著地提高了規(guī)則引擎精確度(為了示圖清楚，圖示出 僅關(guān)于一個天線7的代表信號路徑/參數(shù))。在本發(fā)明的示例性實施例中，從ITCS實時接收的和/或從ITCS數(shù)據(jù)矩陣5訪問 得到的信號包括以下信號參數(shù)，該信號參數(shù)作為輸入而應(yīng)用到與處理器單元1集成和/或 耦接到處理器單元1的(多個)信號處理器11 -在時間、時刻接收的信號的相位Φ；-在相同時間、時刻該接收信號的振幅；-在相同時間、時刻該接收信號包絡(luò)的快速傅立葉變換(FFT)；和-時間參考。該時間參考的分辨率和精確度優(yōu)選地非常高，例如從原子鐘、GPS信號等中獲得。 所述(多個)信號處理器11輸出時間編碼的特征(Sig)，其為存儲為數(shù)學(xué)表示的ITCS從 (多個)天線7的每個沿著已知的天線信號波束方向接收的信號所產(chǎn)生的用于時間t的唯 一信號特征，例如得自頻率和相位以及頻率和振幅信號數(shù)據(jù)的FFT處理。在應(yīng)用多個天線 7的地方，天線信號波束被引導(dǎo)為進(jìn)行相交的目標(biāo)空間坐標(biāo)可以應(yīng)用到每個信號記錄，作為 所獲得的信號特征的特定三維參考位置。信號特征饋給功能處理器23，其可以是耦接到處理器單元1的單獨(dú)組件或者為處 理器單元1的內(nèi)部邏輯功能。功能處理器23從功能處理器23在觀察時間段內(nèi)接收的時間 編碼的瞬時特征(sig)的多個采樣中推出并輸出運(yùn)行平均子特征f (sig)?？紤]到環(huán)境或者其它用戶定義的參數(shù)的改變，觀察時間段可以由處理單元1改 變。多個子特征由處理單元1進(jìn)一步處理，以推出每個空間坐標(biāo)的兩個進(jìn)一步的特征，即主 要特征和參考特征。圖6圖示了通過基本信號處理器21和功能處理器23模塊的信號/數(shù)據(jù)流。如圖 7所示，可以應(yīng)用(多個)信號處理器21和(多個)功能處理器23模塊，例如向每個饋給 來自不同天線7的信號。由(多個)信號處理器21和(多個)功能處理器23產(chǎn)生的信號 通過(多個)相應(yīng)的求和處理器25數(shù)學(xué)地相加，以產(chǎn)生合成運(yùn)行平均子特征f (sig)和瞬 時特征(sig)。這兩個特征表示目標(biāo)區(qū)域9內(nèi)已知位置的唯一瞬時特征(sig)和運(yùn)行平均 子特征f (sig)。因此，數(shù)據(jù)矩陣5可以用信號特征加載，該信號特征表示對于ITCS的目標(biāo) 區(qū)域9內(nèi)的多個唯一空間位置中的每一個的信號響應(yīng)。這里參考兩個天線系統(tǒng)來解釋該系 統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，當(dāng)附加的天線、和相關(guān)聯(lián)的信號處理器和功能處理器模塊被添 加到ITCS時，該系統(tǒng)結(jié)果將改善。如圖8所示，可以選擇處理器單元1具有用于數(shù)學(xué)和信號處理的重要處理能力。
在其最簡單的形式中，該處理器單元1接收來自單個特征產(chǎn)生器的兩個輸入、用 于在空間中的點(diǎn)的X和Y(方位角和仰角)坐標(biāo)的平均子特征f (Sig)和(Sig)，從所述坐標(biāo) 中推出特征。這個信息存儲在數(shù)據(jù)矩陣5中。該處理器單元1促使波束操縱天線7，以便 以其大小依賴于波束照度的步長去掃描環(huán)境，優(yōu)選地使得在步長之間有輕微的重疊。這通 過描繪掃過一面墻的閃光燈可以很好地理解。閃光燈每次移動一步長。在每步長中即刻打 開燈并且拍攝照片。移動閃光燈并且再次即刻打開燈，使得照亮的塊輕微地重疊前面的塊。 在光柵掃描中重復(fù)這個過程，直到檢查完整個墻。對每個波束位置做一系列測量，并且每個 空間點(diǎn)的平均子特征f (sig)和(sig)用X、Y或者其中空間目標(biāo)點(diǎn)的已知X、Y、Z位置而記 錄在數(shù)據(jù)矩陣5中。
記錄的周期定義為目標(biāo)區(qū)域9的一個完全的掃視(swe印)。處理器單元1促使進(jìn) 行多個記錄周期，以建立每個空間位置的平均子特征f (sig)的運(yùn)行平均，其可以被進(jìn)一步 處理以推出用于每個空間位置的更新的參考特征。參考特征(Ref sig)是許多主要特征的 平均，并且用作用于確定在環(huán)境中是否發(fā)生改變的參考。因此，數(shù)據(jù)矩陣5可以用目標(biāo)區(qū)域 9的每個掃視來更新。另外，參考特征(Ref sig)還可以包括背景射頻噪聲的特征和或詢問器被關(guān)斷的 信號的特征，也就是由于除了主發(fā)射器之外的源造成的背景RF噪聲。這個背景特征由處理 器使用，以明確地排除由于射頻源引起而不是由本發(fā)明系統(tǒng)生成的環(huán)境改變。這些噪聲源 可以包括(但不是排外地)由于傳送導(dǎo)致的或發(fā)射器、連同例如計算和其它非無線電傳送 設(shè)備的無意識輻射體，發(fā)射器例如為TV或者移動無線電基站、蜂窩基站、和在相同無線電 鄰域運(yùn)行的低功率部件15設(shè)備等等。為提高信號質(zhì)量，背景噪聲特征可以從例如瞬時特征、平均特征和運(yùn)行參考特征 的任何其他特征中減去，這是稱作噪聲消除的過程。為了進(jìn)一步解釋，將以單一空間點(diǎn)做參考。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，通過此后公開 的單一點(diǎn)處理的擴(kuò)展，類似的處理可以應(yīng)用到目標(biāo)區(qū)域中的每個空間點(diǎn)和/或一系列部分 重疊的點(diǎn)，以推出改變分析并因此推出整個目標(biāo)區(qū)域的存貨。處理器單元1使用三條信息來確定環(huán)境中的改變、并且測量改變的幅度和性質(zhì)。 然后將改變分析路由到“規(guī)則”引擎3，其隨后基于改變的性質(zhì)和預(yù)定的或預(yù)設(shè)的用戶需求 來采取動作。使用的三條信息是_表示環(huán)境中單一點(diǎn)的單一采樣的瞬時特征(sig)，_相同點(diǎn)的平均子特征f (sig)；以及-用于空間中的相同點(diǎn)的參考特征。處理器單元1在比較器處理器27中比較例如在圖9中關(guān)于頻率和信號電平以及 在圖10中同時關(guān)于相位角關(guān)于頻率圖形表示的的瞬時特征(sig)、與例如在相應(yīng)圖11和 12中圖形示出的平均子特征f (sig)的值，以便確定瞬時特征(sig)是否在預(yù)設(shè)限制內(nèi)。換 句話說，平均子特征f(sig)用于檢查瞬時特征(sig)的有效性，以確保它不是偽造的讀取 或者一度失常。如上面所描述的，也稱作RF特點(diǎn)的這些特征的每一個還可以被處理，以減 去可能存在的背景環(huán)境噪聲，例如圖13所用圖形表示的。這個檢查的結(jié)果為空間中所述具 體點(diǎn)的主要特征(sig prime)。
然后，在比較器處理器27中進(jìn)一步將主要特征(sig prime)與來自數(shù)據(jù)矩陣5的 參考特征比較。如果有顯著的改變，則將改變的結(jié)果性質(zhì)路由到規(guī)則引擎3，其依照已建立 的規(guī)則框架來觸發(fā)適當(dāng)?shù)膭幼?。如果沒有顯著的改變，那么假定在前面的時間段內(nèi)環(huán)境保 持穩(wěn)定。利用兩個天線系統(tǒng)的方法是相同的。然而，因為有兩個可操縱波束基站，所以可能 利用來自兩個基站的方位角和仰角位置更準(zhǔn)確地確定空間中的點(diǎn)，以通過三角測量推出X、 Y、Z位置信息。此外，對于目標(biāo)區(qū)域9外的、輻射RF功率沒有超過建立的限制的期望感興 趣點(diǎn)，在期望的位置相交的雙(或多)信號波束增加了詢問信號強(qiáng)度。在系統(tǒng)配置期間收集基準(zhǔn)校準(zhǔn)RF環(huán)境指紋數(shù)據(jù)，以代表可能的目標(biāo)區(qū)域9范圍的 配置，例如未加標(biāo)簽對象11整個清空的目標(biāo)區(qū)域9，并且隨后在多種實例下目標(biāo)區(qū)域9被不 斷地填充目標(biāo)對象。圖14-圖19用圖形示出簡化的一組代表信號，從中當(dāng)目標(biāo)區(qū)域9被連續(xù)掃描時從 相同的目標(biāo)區(qū)域9獲得RF環(huán)境指紋，該掃描發(fā)生在初始校準(zhǔn)掃視期間和/或在區(qū)域監(jiān)視期 間，例如當(dāng)初始未加標(biāo)簽對象11清空(圖14，15)、一半未加標(biāo)簽對象11被移除(圖16， 17)、和最后完全充滿未加標(biāo)簽對象11 (圖18，19)時。在整個清空的狀態(tài)下，可以映射偽發(fā) 射器信號參數(shù)19用于后來的從規(guī)則引擎排除偽發(fā)射器參數(shù)19信號位置/處理，該偽發(fā)射 器信號參數(shù)19與目標(biāo)區(qū)域9的建筑17相關(guān)，通過它們較久的詢問來識別以反向散射響應(yīng) 信號接收時間延遲(由經(jīng)由例如支持物和或架子的反射表面的較長信號路徑導(dǎo)致)。一旦 已經(jīng)映射了目標(biāo)區(qū)域9的“清空”RF環(huán)境指紋，就可以記錄與已知事件相關(guān)聯(lián)的、RF環(huán)境指 紋進(jìn)一步的改變，例如動態(tài)偽發(fā)射器信號響應(yīng)的出現(xiàn)和位置，其在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)特定加標(biāo)簽 和/或未加標(biāo)簽的對象11的已校準(zhǔn)再存儲和/或耗盡期間出現(xiàn)/消失。在每個校準(zhǔn)步驟 期間以及在正在進(jìn)行的實時監(jiān)視期間獲得的多個RF環(huán)境指紋可以被平均以提高準(zhǔn)確度和 /或丟棄錯誤數(shù)據(jù)點(diǎn)。動態(tài)偽發(fā)射器信號可以借助于目標(biāo)區(qū)域9的信號特定掃描來進(jìn)一步識別。例如， 當(dāng)詢問信號集中在已知包括參考RFID標(biāo)簽15或其它響應(yīng)信號源的具體位置時，然后可以 掃描整個目標(biāo)區(qū)域9，以識別可從掃描最后一次RF環(huán)境指紋后出現(xiàn)或者消失的任何相關(guān)聯(lián) 偽發(fā)射器參數(shù)19信號的位置。除了來自目標(biāo)區(qū)域9內(nèi)的純粹地射頻輸入外，在監(jiān)視的RF環(huán)境內(nèi)的特定標(biāo)簽標(biāo)識 的有資格的出現(xiàn)和/或消失可以用于動態(tài)地和自動地確定由RF環(huán)境監(jiān)視器采取的動作，例 如變更覆蓋圖案以便以預(yù)定方式掃過具體區(qū)域。例如，在本系統(tǒng)的一個實施例中，已知的參 考RFID標(biāo)簽15被附著在多個塢卷簾門中的每一個的較低邊上，以便當(dāng)門打開時參考RFID 標(biāo)簽15從地面上升到開口的頂部。無線電環(huán)境監(jiān)視器觀察并監(jiān)視每個門的門參考RFID標(biāo) 簽15的位置以及在每個塢門附近的物品或者對象上的各個標(biāo)簽的位置。規(guī)則引擎被配置 為識別對目標(biāo)區(qū)域接入的這些變化，并進(jìn)一步應(yīng)用在各個塢門和應(yīng)該通過塢門加載的物品 之間的聯(lián)系。如果塢門在不應(yīng)該打開的時候打開或者如果通過塢門加載不正確的物品，那 么可以觸發(fā)動作。在對象被貯備在架子上或者是活動的推廣展示模塊的環(huán)境中，這種情況可在雜貨 零售商店很典型，例如目標(biāo)區(qū)域9RF特點(diǎn)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集可以包括對目標(biāo)區(qū)域9的掃描，包括 較高分辨率集中在各個存儲架子上，在該存儲架子上安放多個參考RFID標(biāo)簽15。當(dāng)每個 架子沒有要監(jiān)視的未加標(biāo)簽對象11時，基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集識別每個參考RFID標(biāo)簽15的位置，以及由目標(biāo)區(qū)域內(nèi)存在的任何RF反射表面產(chǎn)生的任何靜態(tài)偽發(fā)射器參數(shù)19信號。當(dāng)要監(jiān)視 的未加標(biāo)簽對象11然后被連續(xù)地加到架子上，附著到架子和/或架子后面的墻上的每個參 考RFID標(biāo)簽15的信號響應(yīng)特性改變，和/或新的偽發(fā)射器參數(shù)19信號通過未加標(biāo)簽對象 11的RF反射面引進(jìn)RF環(huán)境指紋中。同樣，基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集可以包括改變的響應(yīng)信號吸收特性 (如果有的話)，當(dāng)將要監(jiān)視的未加標(biāo)簽對象11開始覆蓋和或遮蔽參考RFID標(biāo)簽15的視 線參數(shù)13 (具有詢問和來自例如參考RFID標(biāo)簽15的RFID標(biāo)簽的反向散射信號響應(yīng)之間 的最短時間延遲的信號響應(yīng))和/或關(guān)于一個或多個天線7的偽發(fā)射器參數(shù)19信號路徑 時，該特性可出現(xiàn)。通過監(jiān)視RF環(huán)境指紋中的改變，事件規(guī)則可以由規(guī)則引擎來應(yīng)用，以產(chǎn)生用戶輸 出和/或情況報告。例如，可以估計在特定倉庫中的庫存存在和/或數(shù)量的改變；在那里 可以跟蹤倉庫存在和/或?qū)ο髷?shù)量，例如產(chǎn)生存貨不斷減少的對象的報告。因此可以經(jīng)由 RFID執(zhí)行存貨監(jiān)視等，無需在每個對象上的單獨(dú)標(biāo)簽。
通過觀察從大量集中的加上RFID標(biāo)簽的對象接收的信號響應(yīng)的數(shù)量和位置，可 以同樣地監(jiān)視大量加標(biāo)簽物品的組，即使大量RFID標(biāo)簽相互遮蔽/覆蓋并且妨礙它們被檢 測。此外，任何附加到目標(biāo)區(qū)域9內(nèi)的對象上的RFID標(biāo)簽可以被視為用于RF環(huán)境指紋的 目的，由于僅只有在這些RFID標(biāo)簽被監(jiān)視處于與具體RF環(huán)境指紋相關(guān)聯(lián)的位置上時，才應(yīng) 用具有任何相關(guān)聯(lián)的信號惡化和或偽發(fā)射器數(shù)據(jù)的參考RFID標(biāo)簽15。上述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集可以不時地更新，以補(bǔ)償環(huán)境中的改變。該系統(tǒng)可以配置為當(dāng)小 的改變出現(xiàn)時，自動地并且動態(tài)地更新基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集。通過監(jiān)視環(huán)境并比較大改變與存儲的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集的參考RF環(huán)境指紋，系統(tǒng)可以 計算，目標(biāo)區(qū)域9中的某物已經(jīng)改變并且利用規(guī)則引擎3基于這個改變做出決定。在規(guī)則 弓丨擎3內(nèi)的多個因素指出對象存在，例如來自多個路徑、(多個)參考RFID標(biāo)簽15和/或 天線7的信號惡化和/或動態(tài)偽發(fā)射器參數(shù)19信號檢測，可以為作為結(jié)果的規(guī)則引擎3結(jié) 論分配增加的概率因素。然后，可以依賴于它們分配的概率因素總量和僅僅那些滿足閾值 概率因素的概率因素，可以評估規(guī)則引擎3結(jié)論，所述閾值概率因素比(多個)預(yù)分配動作 的預(yù)設(shè)電平輸出高。在校準(zhǔn)過程中，特定架子位置可以分配給特定的對象，以能夠監(jiān)視和報告例如與 雜貨商店環(huán)境和或多個物品流動倉庫內(nèi)的不同消費(fèi)產(chǎn)品對應(yīng)的多個單獨(dú)對象類的存在。如 果該系統(tǒng)進(jìn)一步耦接到電子庫存看守計算機(jī)系統(tǒng)，那么RF環(huán)境指紋中的改變可以與從架 子上移除的物品相關(guān)聯(lián)，然后規(guī)則引擎3例如可以觸發(fā)將要提出的訂購單。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于無需在對象上的各個上加標(biāo)簽，就能 跟蹤和定位對象。通過加標(biāo)簽于環(huán)境上，例如架子和或?qū)ο髠}庫而不是每個個別對象上，并 例如通過與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集比較來記錄當(dāng)目標(biāo)區(qū)域9充滿和/或沒有對象時RF環(huán)境指紋如何 改變，該RF環(huán)境指紋包括與期望對象相關(guān)聯(lián)的偽發(fā)射器參數(shù)19信號，因而可能非常精確地 監(jiān)視在目標(biāo)區(qū)域9中的未加標(biāo)簽對象的運(yùn)動或位置改變。部件表格 其中在前述描述中、已經(jīng)參考具有已知等效物的比率、整數(shù)、組件或模塊，那么這 樣的等效物被結(jié)合在此，如同單獨(dú)地闡明。雖然已通過本發(fā)明的實施例的描述來說明本發(fā)明，且盡管已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地描述實 施例，但是本申請并不意在將附加權(quán)利要求的范圍限定或以任何方式限制到這樣的細(xì)節(jié)。 附加的優(yōu)點(diǎn)和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯然的。因此，在更廣義的方面，沒有將本發(fā)明 限制到所示出的和描述的特定細(xì)節(jié)、代表性設(shè)備、方法和說明性實例。相應(yīng)地，可以對這些 細(xì)節(jié)做出偏離，而沒有脫離申請的總發(fā)明構(gòu)思的精神或范圍。此外，將明白，可以對其做出 改進(jìn)和/或修改，而沒有脫離以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍或精神。
權(quán)利要求
一種射頻環(huán)境對象監(jiān)視系統(tǒng)，包括三維無線電環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)，包括耦接到天線的RF發(fā)射機(jī)-接收機(jī)，所述天線具有電子操縱電路；所述天線操作以發(fā)射連續(xù)波信號，所述連續(xù)波信號由所述電子操縱電路來操縱；處理器，具有數(shù)據(jù)矩陣，用于存儲通過所述RF發(fā)射機(jī)-接收機(jī)接收的多個響應(yīng)信號的多個信號數(shù)據(jù)記錄；和位置邏輯，基于所述數(shù)據(jù)記錄操作以推出在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的多個響應(yīng)信號的三維信號原始位置；所述響應(yīng)信號的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，與所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的已知對象位置相關(guān)聯(lián)；和規(guī)則引擎，用于比較所述信號數(shù)據(jù)記錄與所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，以確定對象存貨。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述三維無線電環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)是智能跟蹤和控制系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述三維無線電環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)包括至少兩個RF發(fā)射 機(jī)-接收機(jī)和天線。
4.一種在目標(biāo)區(qū)域中監(jiān)視未加標(biāo)簽對象的方法，包括以下步驟當(dāng)所述目標(biāo)區(qū)域充滿對象時，通過記錄由三維無線電環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)接收的所述目標(biāo)區(qū) 域的RF環(huán)境指紋的改變的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，來校準(zhǔn)用于目標(biāo)區(qū)域的所述三維無線電環(huán)境監(jiān)視 系統(tǒng)；為了當(dāng)前RF環(huán)境指紋，用所述三維無線電環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)掃描所述目標(biāo)區(qū)域；通過規(guī)則引擎比較所述當(dāng)前RF環(huán)境指紋和所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集；和報告所述規(guī)則引擎的輸出。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集包括所述RF環(huán)境指紋的改變，該改 變由用所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的多個位置中的多個對象填充所述目標(biāo)區(qū)域引起。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述規(guī)則引擎包括視線參數(shù)，其中來自所述目標(biāo)區(qū) 域中的參考RFID的信號響應(yīng)的惡化指示沿著所述參考RFID和與信號響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的天線之 間的視線存在對象。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中規(guī)則引擎包括動態(tài)偽發(fā)射器參數(shù)，其中出現(xiàn)和或消 失的偽發(fā)射器與依照所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集在已知位置安放的對象相關(guān)。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述規(guī)則引擎包括靜態(tài)偽發(fā)射器參數(shù)，其中靜態(tài)偽 發(fā)射器的信號惡化與依照所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集在已知位置安放的對象相關(guān)。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述規(guī)則引擎輸出是指示對象存貨已經(jīng)低于預(yù)設(shè)量 的存貨報告。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述規(guī)則引擎輸出耦接到電子庫存看守系統(tǒng)，該系 統(tǒng)發(fā)出已經(jīng)低于預(yù)設(shè)量的對象的訂貨單。
11.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述RF環(huán)境指紋是對所述目標(biāo)區(qū)域的多個掃描進(jìn) 行平均。
12.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集的多個記錄中的每一個是對在靜 態(tài)對象情況期間的所述目標(biāo)區(qū)域的多個掃描進(jìn)行平均。
13.如權(quán)利要求4所述的方法，其中已登記參考RFID的RF環(huán)境指紋中的出現(xiàn)指示了所 述目標(biāo)區(qū)域接入的改變。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述目標(biāo)區(qū)域接入的所述改變是門的打開。
15.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述規(guī)則引擎將概率因素應(yīng)用到對象存在確定上。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述規(guī)則引擎僅僅輸出具有超過預(yù)設(shè)級別的概率 因素的對象存在確定。
17.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，在RF環(huán)境指紋監(jiān)視期間包括具有RFID標(biāo)簽的對 象作為參考RFID標(biāo)簽的源。
18.一種在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)監(jiān)視未加標(biāo)簽對象的方法，包括以下步驟當(dāng)所述目標(biāo)區(qū)域充滿對象時，通過記錄由三維無線電環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)接收的所述目標(biāo)區(qū) 域的RF環(huán)境指紋的改變的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，校準(zhǔn)用于目標(biāo)區(qū)域的所述三維無線電環(huán)境監(jiān)視系 統(tǒng)；所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集包括所述RF環(huán)境指紋的改變，該改變由用所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的多個位 置中的多個對象填充所述目標(biāo)區(qū)域引起；為了當(dāng)前RF環(huán)境指紋，用所述三維無線電環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)掃描所述目標(biāo)區(qū)域； 通過規(guī)則引擎比較所述當(dāng)前RF環(huán)境指紋和所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集； 所述規(guī)則引擎包括視線參數(shù)，其中來自所述目標(biāo)區(qū)域中的參考RFID的信號響應(yīng)的惡 化指示了沿著所述參考RFID和與信號響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的天線之間的視線而存在對象；所述規(guī)則引擎包括動態(tài)偽發(fā)射器參數(shù)，其中出現(xiàn)和或消失的偽發(fā)射器與依照所述基準(zhǔn) 數(shù)據(jù)集在已知位置安放的對象相關(guān)；所述規(guī)則引擎包括靜態(tài)偽發(fā)射器參數(shù)，其中靜態(tài)偽發(fā)射器的信號惡化與依照所述基準(zhǔn) 數(shù)據(jù)集在已知位置安放的對象相關(guān)；和 報告所述規(guī)則引擎的輸出。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述規(guī)則引擎將概率因素應(yīng)用到對象存在確定上。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述規(guī)則引擎僅僅輸出具有超過預(yù)設(shè)級別的概率 因素的對象存在確定。
全文摘要
一種用于在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)監(jiān)視未加標(biāo)簽的對象的方法和設(shè)備，包括當(dāng)所述目標(biāo)區(qū)域充滿對象時，通過記錄由無線電環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)接收的所述目標(biāo)區(qū)域RF環(huán)境指紋的一組改變，來校準(zhǔn)無線電環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括規(guī)則引擎和目標(biāo)區(qū)域的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集。在系統(tǒng)操作期間，為了當(dāng)前RF環(huán)境指紋，用所述無線電環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)掃描所述目標(biāo)區(qū)域，通過規(guī)則引擎比較所述當(dāng)前的RF環(huán)境指紋和所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，并報告所述規(guī)則引擎的輸出。
文檔編號G01S13/74GK101840488SQ20101018097
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者格雷厄姆·P·布洛伊 申請人:Rf控制有限責(zé)任公司