面向飛機裝配過程監控的超高頻射頻識別設備布局方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種面向飛機裝配過程監控的超高頻射頻識別（下文稱為"UHF-RFID" ：ultra high frequency-radio frequency identification)設備快速布局方法，可 運用于UHF-RFID設備對飛機裝配過程進行監控時，布局方案求解困難的問題，屬于射頻識 別領域。
【背景技術】
[0002] 超高頻射頻識別(UHF-RFID)技術，是一種非接觸的自動識別技術，其基本原理是 利用超高頻射頻信號和空間耦合(電感耦合或電磁耦合)傳輸特性，實現對被識別物體的自 動識別，具有許多傳統的自動識別技術無可比擬的優點，如非接觸、距離遠、可讀寫、信息量 大、無須人工干預、多目標同時識別等，已被廣泛的運用于物料信息自動化管理與生產過程 實時監控過程中。
[0003] 飛機裝配現場零部件繁多，尺寸較大，多為金屬材料，當使用射頻識別技術對飛機 裝配現場進行監控時，需要運用UHF-RFID設備對飛機零部件進行信息采集。但UHF-RFID設 備信號直線傳播性能好，抗遮擋性能差，而飛機裝配過程中又充斥著大量的遮擋環境。如何 根據現場應用環境科學合理地選擇和布置UHF-RFID設備，如何選擇合適的數據采集點，進 而在裝配現場全覆蓋的前提下最大限度地節約成本，就成為了 UHF-RFID技術在飛機裝配過 程監控應用中新的挑戰。
[0004] 目前關于UHF-RFID技術應用過程中的布局問題所提出的解決方案較少，其中主要 的布局方法有：
[0005] 1)運用UHF-RFID信號傳播經驗公式模擬遮擋情況下的信號傳播情況，進而對所需 的UHF-RFID設備的布局進行計算。
[0006] 2)增加信息采集點的數目，以保證所有UHF-RFID標簽都能被有效識別。
[0007] 3)采用"預裝配"等測試手段，對UHF-RFID布局進行檢驗與調整。
[0008] 但是這些布局方法并未對飛機裝配過程中的強金屬遮擋環境進行分析考慮，不適 用于飛機裝配現場，主要原因如下：
[0009] 1)飛機裝配過程中存在著很多種遮擋結構，對于任意遮擋結構的不同方位，UHF-RFID信號傳播情況差別巨大，無法用單一公式進行描述，故不能有效估計裝配現場UHF-RFID布局。
[0010] 2)在裝配現場中增加 UHF-RFID設備信號采集點數目，勢必會造成經濟成本的不必 要增加，并且簡單增加信號采集設備依然可能產生數據漏讀，從而影響了整個監控系統的 可靠性。
[0011] 3)布局測試周期時間長，測試步驟繁瑣，且得出的布局方案難以保證為最優布局 方案，使得實際應用的可行性低。
【發明內容】
[0012] ( - )發明目的
[0013] 鑒于現有技術中存在的上述問題，本發明的目的是提出一種面向飛機裝配過程監 控的超高頻射頻識別設備快速布局方法，可以通過較低的成本、較簡單的系統結構，實現飛 機裝配現場UHF-RFID設備布局的快速確定。
[0014] (二）技術方案
[0015] 為實現上述目的，本發明提出了一種面向飛機裝配過程監控的超高頻射頻識別設 備快速布局方法，其包括：多個UHF-RFID待監測標簽（下面簡稱標簽或標簽點），多個UHF-RFID參考標簽（下面簡稱參考標簽），一個便攜式UHF-RFID閱讀器（下面簡稱閱讀器），放置 于裝配現場，用于讀取參考標簽的信息;一個信息服務器，其接受閱讀器讀寫到的參考標簽 的信息，根據該信息確定裝配現場環境參數;一個客戶端，其與該信息服務器通過局域網相 連，用于提供用戶操作界面。
[0016] 本發明一種面向飛機裝配過程監控的超高頻射頻識別設備快速布局方法，其具體 步驟如下所示：
[0017] 步驟一:在實際應用的飛機裝配現場布置一定數量的參考標簽與閱讀器，統計各 個閱讀器所測得的參考標簽的信號強度及距離('，？1^)(!11=1，2，...）；帶入式（1)中，并通 過線性回歸計算實際應用環境下的路徑損耗指數γ與初始距離狀態下的信號強度參數 PLo,并將PLm=PLc(臨界信號強度參數)代回式（1)，計算該環境下UHF-RFID設備被準確識 別的臨界距離d;
[0018] PLm=PL〇+10y lg(dm) (1)
[0019] 步驟二：依次記錄各標簽點Ti的坐標(^，7^^)，并判斷各標簽所處的遮擋環境： 當零件所處裝配環境為飛機表面(如蒙皮件、部段外側壁版件等)時，屬于附著面遮擋情況； 當零件處于飛機外部，有多個臨近遮擋面但又不構成對面遮擋環境時，屬于鄰面遮擋情況； 當零件處于飛機內部，有多個臨近遮擋面及相對遮擋面時，屬于對面遮擋情況；
[0020] 步驟三：當標簽點Ti所處遮擋環境為附著面遮擋時，遮擋環境可以簡化為一個附 著平面;該點的監控可行域可由半徑為d的臨界球面與附著平面圍成，記錄該附著平面的法 向量士 (aa，ba，ca)，并帶入式⑵中，求出該標簽被準確識別時的監控可行域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] 步驟四：當標簽點Ti所處遮擋環境為鄰面遮擋時，遮擋環境可以簡化為一個附著 平面與一組遮擋平面;該點的監控可行域可由臨界球面、附著平面、遮擋臨界平面組圍成； 記錄該附著平面的法向量c a)，以及遮擋面組的外輪廓各點坐標Pk(Xk，yk， Zk) (k=l，2,. . .，n;n為外輪廓點數目），并帶入式(3)中，求出該標簽被準確識別時的監控可行 域Ri;
[0023]
C3)
[0024] 步驟五：當標簽點Ti所處遮擋環境為對面遮擋時，該遮擋環境可以簡化為去除頂 部表面的四棱柱體結構，標簽點!\位于柱體底部;其監控可行區域可被轉化為標簽點直接 識別可行域，與其關于遮擋面的"鏡像點"?" υ、!" υ、!" υ、!" ^反射識別可行域的組合區 域;依次記錄該點所處腔體四個端點的坐標Pk(xk，yk，zk) (k = 1，2，…，5，Pi = Ρ5)，以及四個 偵靦PkKw是否為空的標記值blk(當且僅當該側面為空時blk = 0);當blk判時，求標簽點 關于此側面PiTk+d^鏡像點^-心^^^^+丄并帶入式⑷中^得該鏡像點的監控可 行域f i_k，公式中α為飛機結構的電磁反射參數，取值范圍為(0~1)，由飛機的結構與涂層 材料確定；
[0025]
C4)
[0026] 將點^帶入式子(3)求得區域，則組合區域：即為該標簽的監控可 行域Ri;
[0027] 步驟六:重復上述步驟二到步驟五獲取其他標簽監控可行域Ri;
[0028] 步驟七:為每個標簽監控可行域Ri關聯數組Mi[i ] (i = 1，2，. . .，m)，數組中的元素 為該可行域所能監測到的標簽ID號；由i值順序，依次取兩個監控可行域拓:1、馬 2進行"求 交"操作：如果存在交集，則保留相交區域記為％，在對應的中賦予兩區域共同監 測到的標簽集合％^?]^2，并將這兩個監控可行域％、/?及對應的Μ?ι、Μ?2賦空；如果 私、、馬 2不存在交集則不做改變;將監控可行域心兩兩進行"求交"，直到任意兩個可行域都 不存在交集；
[0029]步驟八：求最終每個非空區域Ri的重心，可得到最終布局監控點的集合{Pi， p2...}，及各點所能檢測到的標簽號數組姐。
[0030] 其中，步驟一中所述的"參考標簽"，在選取時應滿足一定條件:這些參考標簽應覆 蓋三種遮擋情況，即附著面遮擋情況、鄰面遮擋情況和對面遮擋情況，以保證現場環境參數 求解的準確性。
[0031] 其中，步驟一中所述的"PL。(臨界信號強度參數)"，是指該標簽被穩定識別情況下 的最低信號強度，該參數因設備不同而有所差異，由UHF-RFI