面向飛機裝配過程監(jiān)控的超高頻射頻識別設(shè)備布局方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種面向飛機裝配過程監(jiān)控的超高頻射頻識別（下文稱為"UHF-RFID" ：ultra high frequency-radio frequency identification)設(shè)備快速布局方法，可 運用于UHF-RFID設(shè)備對飛機裝配過程進行監(jiān)控時，布局方案求解困難的問題，屬于射頻識 別領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 超高頻射頻識別(UHF-RFID)技術(shù)，是一種非接觸的自動識別技術(shù)，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(xiàn)對被識別物體的自 動識別，具有許多傳統(tǒng)的自動識別技術(shù)無可比擬的優(yōu)點，如非接觸、距離遠、可讀寫、信息量 大、無須人工干預(yù)、多目標(biāo)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(chǎn)過程 實時監(jiān)控過程中。
[0003] 飛機裝配現(xiàn)場零部件繁多，尺寸較大，多為金屬材料，當(dāng)使用射頻識別技術(shù)對飛機 裝配現(xiàn)場進行監(jiān)控時，需要運用UHF-RFID設(shè)備對飛機零部件進行信息采集。但UHF-RFID設(shè) 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(huán)境。如何 根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境科學(xué)合理地選擇和布置UHF-RFID設(shè)備，如何選擇合適的數(shù)據(jù)采集點，進 而在裝配現(xiàn)場全覆蓋的前提下最大限度地節(jié)約成本，就成為了 UHF-RFID技術(shù)在飛機裝配過 程監(jiān)控應(yīng)用中新的挑戰(zhàn)。
[0004] 目前關(guān)于UHF-RFID技術(shù)應(yīng)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(jīng)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(shè)備的布局進行計算。
[0006] 2)增加信息采集點的數(shù)目，以保證所有UHF-RFID標(biāo)簽都能被有效識別。
[0007] 3)采用"預(yù)裝配"等測試手段，對UHF-RFID布局進行檢驗與調(diào)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(huán)境進行分析考慮，不適 用于飛機裝配現(xiàn)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(jié)構(gòu)，對于任意遮擋結(jié)構(gòu)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(xiàn)場UHF-RFID布局。
[0010] 2)在裝配現(xiàn)場中增加 UHF-RFID設(shè)備信號采集點數(shù)目，勢必會造成經(jīng)濟成本的不必 要增加，并且簡單增加信號采集設(shè)備依然可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)漏讀，從而影響了整個監(jiān)控系統(tǒng)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(yōu)布局 方案，使得實際應(yīng)用的可行性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] ( - )發(fā)明目的
[0013] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提出一種面向飛機裝配過程監(jiān) 控的超高頻射頻識別設(shè)備快速布局方法，可以通過較低的成本、較簡單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)飛 機裝配現(xiàn)場UHF-RFID設(shè)備布局的快速確定。
[0014] (二）技術(shù)方案
[0015] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種面向飛機裝配過程監(jiān)控的超高頻射頻識別設(shè) 備快速布局方法，其包括：多個UHF-RFID待監(jiān)測標(biāo)簽（下面簡稱標(biāo)簽或標(biāo)簽點），多個UHF-RFID參考標(biāo)簽（下面簡稱參考標(biāo)簽），一個便攜式UHF-RFID閱讀器（下面簡稱閱讀器），放置 于裝配現(xiàn)場，用于讀取參考標(biāo)簽的信息;一個信息服務(wù)器，其接受閱讀器讀寫到的參考標(biāo)簽 的信息，根據(jù)該信息確定裝配現(xiàn)場環(huán)境參數(shù);一個客戶端，其與該信息服務(wù)器通過局域網(wǎng)相 連，用于提供用戶操作界面。
[0016] 本發(fā)明一種面向飛機裝配過程監(jiān)控的超高頻射頻識別設(shè)備快速布局方法，其具體 步驟如下所示：
[0017] 步驟一:在實際應(yīng)用的飛機裝配現(xiàn)場布置一定數(shù)量的參考標(biāo)簽與閱讀器，統(tǒng)計各 個閱讀器所測得的參考標(biāo)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(yīng)用環(huán)境下的路徑損耗指數(shù)γ與初始距離狀態(tài)下的信號強度參數(shù) PLo,并將PLm=PLc(臨界信號強度參數(shù))代回式（1)，計算該環(huán)境下UHF-RFID設(shè)備被準(zhǔn)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(biāo)簽點Ti的坐標(biāo)(^，7^^)，并判斷各標(biāo)簽所處的遮擋環(huán)境： 當(dāng)零件所處裝配環(huán)境為飛機表面(如蒙皮件、部段外側(cè)壁版件等)時，屬于附著面遮擋情況； 當(dāng)零件處于飛機外部，有多個臨近遮擋面但又不構(gòu)成對面遮擋環(huán)境時，屬于鄰面遮擋情況； 當(dāng)零件處于飛機內(nèi)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(dāng)標(biāo)簽點Ti所處遮擋環(huán)境為附著面遮擋時，遮擋環(huán)境可以簡化為一個附 著平面;該點的監(jiān)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(biāo)簽被準(zhǔn)確識別時的監(jiān)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(dāng)標(biāo)簽點Ti所處遮擋環(huán)境為鄰面遮擋時，遮擋環(huán)境可以簡化為一個附著 平面與一組遮擋平面;該點的監(jiān)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(biāo)Pk(Xk，yk， Zk) (k=l，2,. . .，n;n為外輪廓點數(shù)目），并帶入式(3)中，求出該標(biāo)簽被準(zhǔn)確識別時的監(jiān)控可行 域Ri;
[0023]
C3)
[0024] 步驟五：當(dāng)標(biāo)簽點Ti所處遮擋環(huán)境為對面遮擋時，該遮擋環(huán)境可以簡化為去除頂 部表面的四棱柱體結(jié)構(gòu)，標(biāo)簽點!\位于柱體底部;其監(jiān)控可行區(qū)域可被轉(zhuǎn)化為標(biāo)簽點直接 識別可行域，與其關(guān)于遮擋面的"鏡像點"?" υ、!" υ、!" υ、!" ^反射識別可行域的組合區(qū) 域;依次記錄該點所處腔體四個端點的坐標(biāo)Pk(xk，yk，zk) (k = 1，2，…，5，Pi = Ρ5)，以及四個 偵靦PkKw是否為空的標(biāo)記值blk(當(dāng)且僅當(dāng)該側(cè)面為空時blk = 0);當(dāng)blk判時，求標(biāo)簽點 關(guān)于此側(cè)面PiTk+d^鏡像點^-心^^^^+丄并帶入式⑷中^得該鏡像點的監(jiān)控可 行域f i_k，公式中α為飛機結(jié)構(gòu)的電磁反射參數(shù)，取值范圍為(0~1)，由飛機的結(jié)構(gòu)與涂層 材料確定；
[0025]
C4)
[0026] 將點^帶入式子(3)求得區(qū)域，則組合區(qū)域：即為該標(biāo)簽的監(jiān)控可 行域Ri;
[0027] 步驟六:重復(fù)上述步驟二到步驟五獲取其他標(biāo)簽監(jiān)控可行域Ri;
[0028] 步驟七:為每個標(biāo)簽監(jiān)控可行域Ri關(guān)聯(lián)數(shù)組Mi[i ] (i = 1，2，. . .，m)，數(shù)組中的元素 為該可行域所能監(jiān)測到的標(biāo)簽ID號；由i值順序，依次取兩個監(jiān)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(qū)域記為％，在對應(yīng)的中賦予兩區(qū)域共同監(jiān) 測到的標(biāo)簽集合％^?]^2，并將這兩個監(jiān)控可行域％、/?及對應(yīng)的Μ?ι、Μ?2賦空；如果 私、、馬 2不存在交集則不做改變;將監(jiān)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(qū)域Ri的重心，可得到最終布局監(jiān)控點的集合{Pi， p2...}，及各點所能檢測到的標(biāo)簽號數(shù)組姐。
[0030] 其中，步驟一中所述的"參考標(biāo)簽"，在選取時應(yīng)滿足一定條件:這些參考標(biāo)簽應(yīng)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(xiàn)場環(huán)境參數(shù) 求解的準(zhǔn)確性。
[0031] 其中，步驟一中所述的"PL。(臨界信號強度參數(shù))"，是指該標(biāo)簽被穩(wěn)定識別情況下 的最低信號強度，該參數(shù)因設(shè)備不同而有所差異，由UHF-RFI