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淺析無源RFID的定位技術(shù)

深圳市鴻陸技術(shù)有限公司 ? 2022-10-28 18:08 ? 次閱讀
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RFID是一種非接觸式識(shí)別技術(shù),采用了無線射頻信號(hào)讀取和傳輸RFID電子標(biāo)簽所存儲(chǔ)的信息,廣泛應(yīng)用于物流追蹤、交通運(yùn)輸、商場(chǎng)貨物管理、物品定位等領(lǐng)域。根據(jù)場(chǎng)所的具體情況,按需要均勻的部署輔助的RFID電子標(biāo)簽和讀寫器。一般可以通過兩種途徑來表示輔助RFID標(biāo)簽離RFID讀寫器的距離遠(yuǎn)近。

第一種是使用可以通過調(diào)節(jié)能量層來調(diào)節(jié)讀寫距離的RFID讀寫器,每一個(gè)輔助RFID標(biāo)簽在何能量層上被RFID讀寫器讀取到,這一能量層數(shù)據(jù)就表示出這個(gè)輔助RFID標(biāo)簽離RFID讀寫器的距離遠(yuǎn)近。能量層數(shù)據(jù)越小,輔助RFID標(biāo)簽離RFID讀寫器越近;能量層數(shù)據(jù)越大,輔助RFID標(biāo)簽離RFID讀寫器越遠(yuǎn)。

第二種是根據(jù)RFID讀寫器發(fā)送信號(hào)至讀取到RFID標(biāo)簽信息之間的延遲來表示輔助RFID標(biāo)簽離RFID讀寫器的距離遠(yuǎn)近。延遲時(shí)間越短,輔助RFID標(biāo)簽離RFID讀寫器的距離越近;延遲時(shí)間越長(zhǎng),輔助RFID標(biāo)簽離RFID讀寫器的距離越遠(yuǎn)。

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RFID標(biāo)簽分為有源和無源,有源標(biāo)簽由于標(biāo)簽帶有電源,信號(hào)處理也能做得比較復(fù)雜,定位精度會(huì)高很多。能在理想情況下達(dá)到覆蓋100米范圍,定位誤差5米左右,主要通過三角定位來完成,但這個(gè)領(lǐng)域也完全可以使用諸如UWB,ZigBee等等節(jié)點(diǎn)完成定位。無源RFID標(biāo)簽由于標(biāo)簽自身沒有計(jì)算能力,所有信號(hào)處理都要受限于RFID讀寫器接收到的反射信號(hào),因此信號(hào)處理算法選擇余地會(huì)小很多。且因?yàn)镽FID讀寫器識(shí)別范圍基本上在20米范圍以內(nèi),一般是無源標(biāo)簽的定位使用較少。

RFID室內(nèi)定位是通過已知位置的RFID讀寫器,對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行定位,可以分為非測(cè)距方法和測(cè)距方法?;跍y(cè)距的方法是指通過各種測(cè)距技術(shù)對(duì)目標(biāo)RFID設(shè)備與各RFID標(biāo)簽之間的實(shí)際距離進(jìn)行估計(jì),再通過幾何方式來估計(jì)目標(biāo)設(shè)備的位置。常用的基于測(cè)距的定位方法有:利用到達(dá)時(shí)間信息的定位(分為TOA、TDOA)、基于信號(hào)強(qiáng)度信息(RSSI)定位、基于信號(hào)到達(dá)角(Angle of Arrival,AOA)等。這些技術(shù)與UWB、Wi-Fi中采用的技術(shù)原理一致,只是RFID信號(hào)的傳播距離受到能量的約束而非常近,一般只有幾米到幾十米距離。

其中,非測(cè)距方法是指前期搜集場(chǎng)景的信息,然后將獲取到的目標(biāo)與場(chǎng)景信息進(jìn)行匹配,從而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。典型的實(shí)現(xiàn)方式是參考標(biāo)簽法和指紋定位法,其中參考標(biāo)簽法常用的算法是質(zhì)心定位法,指紋定位法與Wi-Fi定位、Beacon定位等技術(shù)中采用的基本相同。在定位空間布置一些RFID讀寫器,RFID讀寫器的位置已知,當(dāng)目標(biāo)RFID標(biāo)簽進(jìn)入場(chǎng)景時(shí),同時(shí)有多個(gè)RFID讀寫器能夠讀到目標(biāo)RFID標(biāo)簽信息,這些RFID讀寫器的位置和連線組成一個(gè)多邊形,這個(gè)多邊形的質(zhì)心即可認(rèn)為是目標(biāo)RFID標(biāo)簽的位置坐標(biāo)。質(zhì)心定位算法實(shí)現(xiàn)步驟簡(jiǎn)單且易操作,但是定位精度比較低,常用于對(duì)定位精度要求不高,RFID硬件設(shè)備有限的場(chǎng)景。

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基于RFID技術(shù)的定位方法的優(yōu)點(diǎn)在于成本低廉,有源RFID標(biāo)簽成本通常在幾十元,而無源RFID標(biāo)簽成本可以做到幾元錢,且標(biāo)簽體積很小,通常制作成薄片的形狀,且RFID射頻信號(hào)穿透性較強(qiáng),可進(jìn)行非視距通信。RFID系統(tǒng)的通信效率很高,相比與Wi-Fi和Zigbee等需要網(wǎng)絡(luò)接入的系統(tǒng),一個(gè)RFID讀寫器,可以再1秒時(shí)間內(nèi)完成上百個(gè)標(biāo)簽的讀寫。相比于ZigBee、藍(lán)牙和Wi-Fi無線定位技術(shù),RFID的節(jié)點(diǎn)成本更低,定位速度更快,但是其通信能力較弱,因而RFID定位特別適用于需要簡(jiǎn)單的標(biāo)記對(duì)象,但不需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)通信的場(chǎng)合。

但是,現(xiàn)有的利用RFID技術(shù)的定位系統(tǒng)有許多缺點(diǎn),定位誤差大,系統(tǒng)部署復(fù)雜,容易受到環(huán)境影響等,如基于RSSI的定位方法受限于RSSI自身波動(dòng)較大和對(duì)環(huán)境干擾敏感,精度很難進(jìn)一步提升,基于TOA和TDOA的定位方法,對(duì)時(shí)間測(cè)量的精確性要求較高,但是由于無源RFID系統(tǒng)的低通信速率,很難觀測(cè)到精準(zhǔn)地時(shí)間??偟恼f來,RFID定位技術(shù)適用范圍窄,定位精度差,用于實(shí)際的案例較少。

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由上圖可知,各種定位技術(shù)的核心特點(diǎn)都是精度。目前大部分技術(shù)基本都已經(jīng)成熟了,只是大家需要根據(jù)不同使用場(chǎng)景和定位精度以及系統(tǒng)造價(jià)來選擇合適的定位方案就好。

(本文內(nèi)容由鴻陸小編整理編輯,侵刪)

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