面向飞机装配过程监控的超高频射频识别设备布局方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种面向飞机装配过程监控的超高频射频识别（下文称为"UHF-RFID" ：ultra high frequency-radio frequency identification)设备快速布局方法，可 运用于UHF-RFID设备对飞机装配过程进行监控时，布局方案求解困难的问题，属于射频识 别领域。
【背景技术】
[0002] 超高频射频识别(UHF-RFID)技术，是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是 利用超高频射频信号和空间耦合(电感耦合或电磁耦合)传输特性，实现对被识别物体的自 动识别，具有许多传统的自动识别技术无可比拟的优点，如非接触、距离远、可读写、信息量 大、无须人工干预、多目标同时识别等，已被广泛的运用于物料信息自动化管理与生产过程 实时监控过程中。
[0003] 飞机装配现场零部件繁多，尺寸较大，多为金属材料，当使用射频识别技术对飞机 装配现场进行监控时，需要运用UHF-RFID设备对飞机零部件进行信息采集。但UHF-RFID设 备信号直线传播性能好，抗遮挡性能差，而飞机装配过程中又充斥着大量的遮挡环境。如何 根据现场应用环境科学合理地选择和布置UHF-RFID设备，如何选择合适的数据采集点，进 而在装配现场全覆盖的前提下最大限度地节约成本，就成为了 UHF-RFID技术在飞机装配过 程监控应用中新的挑战。
[0004] 目前关于UHF-RFID技术应用过程中的布局问题所提出的解决方案较少，其中主要 的布局方法有：
[0005] 1)运用UHF-RFID信号传播经验公式模拟遮挡情况下的信号传播情况，进而对所需 的UHF-RFID设备的布局进行计算。
[0006] 2)增加信息采集点的数目，以保证所有UHF-RFID标签都能被有效识别。
[0007] 3)采用"预装配"等测试手段，对UHF-RFID布局进行检验与调整。
[0008] 但是这些布局方法并未对飞机装配过程中的强金属遮挡环境进行分析考虑，不适 用于飞机装配现场，主要原因如下：
[0009] 1)飞机装配过程中存在着很多种遮挡结构，对于任意遮挡结构的不同方位，UHF-RFID信号传播情况差别巨大，无法用单一公式进行描述，故不能有效估计装配现场UHF-RFID布局。
[0010] 2)在装配现场中增加 UHF-RFID设备信号采集点数目，势必会造成经济成本的不必 要增加，并且简单增加信号采集设备依然可能产生数据漏读，从而影响了整个监控系统的 可靠性。
[0011] 3)布局测试周期时间长，测试步骤繁琐，且得出的布局方案难以保证为最优布局 方案，使得实际应用的可行性低。
【发明内容】
[0012] ( - )发明目的
[0013] 鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提出一种面向飞机装配过程监 控的超高频射频识别设备快速布局方法，可以通过较低的成本、较简单的系统结构，实现飞 机装配现场UHF-RFID设备布局的快速确定。
[0014] (二）技术方案
[0015] 为实现上述目的，本发明提出了一种面向飞机装配过程监控的超高频射频识别设 备快速布局方法，其包括：多个UHF-RFID待监测标签（下面简称标签或标签点），多个UHF-RFID参考标签（下面简称参考标签），一个便携式UHF-RFID阅读器（下面简称阅读器），放置 于装配现场，用于读取参考标签的信息;一个信息服务器，其接受阅读器读写到的参考标签 的信息，根据该信息确定装配现场环境参数;一个客户端，其与该信息服务器通过局域网相 连，用于提供用户操作界面。
[0016] 本发明一种面向飞机装配过程监控的超高频射频识别设备快速布局方法，其具体 步骤如下所示：
[0017] 步骤一:在实际应用的飞机装配现场布置一定数量的参考标签与阅读器，统计各 个阅读器所测得的参考标签的信号强度及距离('，？1^)(!11=1，2，...）；带入式（1)中，并通 过线性回归计算实际应用环境下的路径损耗指数γ与初始距离状态下的信号强度参数 PLo,并将PLm=PLc(临界信号强度参数)代回式（1)，计算该环境下UHF-RFID设备被准确识 别的临界距离d;
[0018] PLm=PL〇+10y lg(dm) (1)
[0019] 步骤二：依次记录各标签点Ti的坐标(^，7^^)，并判断各标签所处的遮挡环境： 当零件所处装配环境为飞机表面(如蒙皮件、部段外侧壁版件等)时，属于附着面遮挡情况； 当零件处于飞机外部，有多个临近遮挡面但又不构成对面遮挡环境时，属于邻面遮挡情况； 当零件处于飞机内部，有多个临近遮挡面及相对遮挡面时，属于对面遮挡情况；
[0020] 步骤三：当标签点Ti所处遮挡环境为附着面遮挡时，遮挡环境可以简化为一个附 着平面;该点的监控可行域可由半径为d的临界球面与附着平面围成，记录该附着平面的法 向量士 (aa，ba，ca)，并带入式⑵中，求出该标签被准确识别时的监控可行域R 1; r π [(?0 (χ χΛ + bn(y --- V/ ) + c, (z --- 2/) > 0 ,.
[0021 ] R： = y 《/ 、々， 、/ r (2) l (x - xLy + (y - yj- + (z - zLy < dl
[0022] 步骤四：当标签点Ti所处遮挡环境为邻面遮挡时，遮挡环境可以简化为一个附着 平面与一组遮挡平面;该点的监控可行域可由临界球面、附着平面、遮挡临界平面组围成； 记录该附着平面的法向量c a)，以及遮挡面组的外轮廓各点坐标Pk(Xk，yk， Zk) (k=l，2,. . .，n;n为外轮廓点数目），并带入式(3)中，求出该标签被准确识别时的监控可行 域Ri;
[0023]
C3)
[0024] 步骤五：当标签点Ti所处遮挡环境为对面遮挡时，该遮挡环境可以简化为去除顶 部表面的四棱柱体结构，标签点!\位于柱体底部;其监控可行区域可被转化为标签点直接 识别可行域，与其关于遮挡面的"镜像点"?" υ、!" υ、!" υ、!" ^反射识别可行域的组合区 域;依次记录该点所处腔体四个端点的坐标Pk(xk，yk，zk) (k = 1，2，…，5，Pi = Ρ5)，以及四个 侦腼PkKw是否为空的标记值blk(当且仅当该侧面为空时blk = 0);当blk判时，求标签点 关于此侧面PiTk+d^镜像点^-心^^^^+丄并带入式⑷中^得该镜像点的监控可 行域f i_k，公式中α为飞机结构的电磁反射参数，取值范围为(0~1)，由飞机的结构与涂层 材料确定；
[0025]
C4)
[0026] 将点^带入式子(3)求得区域，则组合区域：即为该标签的监控可 行域Ri;
[0027] 步骤六:重复上述步骤二到步骤五获取其他标签监控可行域Ri;
[0028] 步骤七:为每个标签监控可行域Ri关联数组Mi[i ] (i = 1，2，. . .，m)，数组中的元素 为该可行域所能监测到的标签ID号；由i值顺序，依次取两个监控可行域拓:1、馬 2进行"求 交"操作：如果存在交集，则保留相交区域记为％，在对应的中赋予两区域共同监 测到的标签集合％^?]^2，并将这两个监控可行域％、/?及对应的Μ?ι、Μ?2赋空；如果 私、、馬 2不存在交集则不做改变;将监控可行域心两两进行"求交"，直到任意两个可行域都 不存在交集；
[0029]步骤八：求最终每个非空区域Ri的重心，可得到最终布局监控点的集合{Pi， p2...}，及各点所能检测到的标签号数组姐。
[0030] 其中，步骤一中所述的"参考标签"，在选取时应满足一定条件:这些参考标签应覆 盖三种遮挡情况，即附着面遮挡情况、邻面遮挡情况和对面遮挡情况，以保证现场环境参数 求解的准确性。
[0031] 其中，步骤一中所述的"PL。(临界信号强度参数)"，是指该标签被稳定识别情况下 的最低信号强度，该参数因设备不同而有所差异，由UHF-RFI