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申请/专利权人：西安石油大学

摘要：本发明属于射频信号定位技术领域，公开了一种基于RFID信号的油田钻杆位姿估计方法，该方法通过在每个钻杆上均设置两个RFID标签，且在钻杆周围设置多个固定位置的天线，采集RFID标签与天线之间的RFID信号强度数据，建立了关于RFID标签位置坐标的估计问题，并使用合理的近似和松弛方法将相应的非凸优化问题转为容易求解的半正定规划问题，由此得到RFID标签的位置，从而进一步计算出钻杆的姿态。相比现有的钻杆位姿确定方法，本发明方法对于一些使用RFID管理油田钻杆的应用场景，可以同时确定钻杆的位姿，达到节省成本的目的，并避免传统方法易受环境干扰、传感器易损坏等问题。

主权项：1.一种基于RFID信号的油田钻杆位姿估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在每个钻杆上均设置两个RFID标签，且在钻杆周围设置多个固定位置的天线；步骤2、采集每个钻杆上的两个RFID标签与天线之间的RFID信号强度数据；每个钻杆上的两个RFID标签，在地理坐标系中的未知位置记为x1和x2，且x1和x2之间的距离为已知的l；天线在地理坐标系中的位置为已知的yj,j＝1,2,...,n；采集每个钻杆上的两个RFID标签与天线之间的RFID信号强度数据且Pi,j满足以下对数路径损失模型 其中，Pi,j为第i个标签对第j个天线所采集的信号强度量测，P0为已知的参考功率，d0为参考距离，β为已知的路径损失因子，dxi,yj为RFID标签i与天线j之间的距离，ni,j为零均值独立同分布的高斯噪声；步骤3、利用采集到的RFID信号强度数据，建立关于两个RFID标签位置的极大似然估计问题；根据所采集的RFID信号强度数据在式1的基础上，建立关于标签位置的极大似然估计问题， 其中，两个RFID标签之间的距离dx1,x2＝l作为估计问题的约束条件；步骤4、采用近似以及松弛的数学方法将非凸的关于两个RFID标签位置的极大似然估计问题转化为凸的半正定规划问题；采用等价变形、一阶泰勒展开近似、引入辅助变量并进行松弛等方法，将式2所示的非凸的关于两个RFID标签位置的问题转为以下半正定规划问题， 其中，ti,j，μi,j，zi，xi均为优化变量，dx1,x2为x1和x2之间的距离，步骤5、计算半正定规划问题，获得两个RFID标签的位置估计；采用内点法有效求解公式3所示的半正定规划问题，得到钻杆上两个标签的位置估计，分别记为和步骤6、根据两个RFID标签的位置估计，计算钻杆的位姿；按照以下公式分别计算钻杆的俯仰角θp，即钻杆与YZ平面夹角和方位角θa，即钻杆与X轴夹角，得到钻杆的位姿估计， 其中，arcsin为反正弦函数，arccos为反余弦函数，a1，b1，c1为的各维量，a2，b2，c2为的各维量。

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