基于RFID的室內(nèi)定位技術(shù)分析

付文玥 李佳萍

摘 要：目前，RFID技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到社會的多個領(lǐng)域，如物流、圖書館、停車場等，該技術(shù)基礎(chǔ)較為完善，能夠為人們的生產(chǎn)生活帶來諸多便利。對此，本文首先簡要介紹了RFID技術(shù)原理，并在此基礎(chǔ)上對RFID技術(shù)在室內(nèi)定位中的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行分析和闡述。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)；室內(nèi)定位；算法分析

RFID技術(shù)是在識別系統(tǒng)中對射頻信號進(jìn)行識別并獲取標(biāo)簽攜帶信息的新型技術(shù)，具有使用便利、適用范圍較廣、適應(yīng)性較強等特點。目前，在社會生產(chǎn)生活中使用頻率較高的技術(shù)如北斗、GPS、地下建筑定位等等，均發(fā)揮出較為良好的應(yīng)用效果。

1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)

RFID技術(shù)是射頻識別的簡稱，該系統(tǒng)主要包括RFID標(biāo)簽、微型天線、讀寫器三個部分，其中讀寫器能夠發(fā)射出固定頻率的電磁波，當(dāng)標(biāo)簽位于電磁波影響范圍內(nèi)時，便會吸取到能量，將處于休眠狀態(tài)下的標(biāo)簽激活，然后將自身攜帶的信息以天線為載體進(jìn)行發(fā)射，為讀寫器的識別處理提供便利。在RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)中，主要包括電子標(biāo)簽、讀寫器、計算機(jī)數(shù)據(jù)庫、中間件等，在實際應(yīng)用中具有成本低、精度高等優(yōu)勢，因此得到了廣泛應(yīng)用。[1]

2 基于RFID室內(nèi)定位技術(shù)分析

根據(jù)能源供給形式不同，可將RFID定位系統(tǒng)劃分為兩種類型，一是主動式、二是被動式，其中主動式是將射頻天線設(shè)置在特定位置上，通常為定位物端，射頻范圍要包含整個定位區(qū)域，因此應(yīng)布置大量的天線，花費諸多成本；被動式定位設(shè)置在PC端，只需一個射頻天線便可發(fā)射大量信號，當(dāng)需要擴(kuò)大信號影響范圍時，只需將RFID標(biāo)簽設(shè)置在特定位置即可，如若對定位的精確度有較高要求，則可適當(dāng)增加標(biāo)簽的安裝數(shù)量，與射頻天線相比來看，標(biāo)簽的成本投入較低，因此與主動式相比更具應(yīng)用優(yōu)勢。

2.1 無線定位信號強度

在無線電空中傳播過程中，以信號衰減、距離為依據(jù)對目標(biāo)、信號接收機(jī)間的距離進(jìn)行計算。與信號衰減原理相結(jié)合，在接收機(jī)接收信號時，發(fā)揮計算機(jī)的力量對信號的強度大小進(jìn)行對比，便可以此為依據(jù)對信號空中傳輸模型進(jìn)行構(gòu)建，并因此預(yù)測出發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離。在部分特殊場所中，接收機(jī)與目標(biāo)之間不通視，信道受到非視距信號傳輸?shù)母蓴_，導(dǎo)致所得結(jié)果與實際結(jié)果有所出入。接收機(jī)中的信號包括散射、繞射、反射、透射電磁波，這些均會導(dǎo)致信號通過多條渠道后進(jìn)入到接收機(jī)中，出現(xiàn)多徑現(xiàn)象，故而即便在時間相同的情況下，不同強度、相位的電磁波也可能在同一時間進(jìn)入到接收機(jī)之中，使接收機(jī)所接到的電磁波數(shù)值受到影響，相位方面也是在時間因素的影響下出現(xiàn)疊加波，距離路徑產(chǎn)生的損耗模型如下：

式中，PL（d）代表的是路徑d的總體損耗值；PL（d0）代表的是與地面相近區(qū)域的距離，計算公式為d0=3-10λ；d0代表的是參考距離；n代表環(huán)境傳播損耗數(shù)值，范圍在1.6—3.3之間；d代表的是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離，按照具有代表性的室內(nèi)路徑損耗進(jìn)行估算；X代表的是標(biāo)準(zhǔn)差正態(tài)隨機(jī)變量。

2.2 LANDMARC系統(tǒng)分析

LANDMARC系統(tǒng)是在RFID技術(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計而成，在不額外引進(jìn)閱讀器的前提下降低系統(tǒng)運行投入成本，借助參考標(biāo)簽提高定位精度。在系統(tǒng)測量過程中，LANDMARC系統(tǒng)應(yīng)明確接收機(jī)中的信號強度，目前RFID系統(tǒng)暫時難以直接滿足這一要求，因此系統(tǒng)采用“臨近算法”間接得出信號強度與能量等級之間的關(guān)系。

假設(shè)系統(tǒng)當(dāng)前具備n個閱讀器、u個待定位標(biāo)簽、m個參考標(biāo)簽，在連續(xù)閱讀的條件下，每間隔30s進(jìn)行一次監(jiān)測，當(dāng)標(biāo)簽的能量等級由1上升到8后，標(biāo)簽的信號強度S的取值范圍為S1，S2，……，Sn，其中Si代表第i個閱讀器監(jiān)測到的標(biāo)簽信號強度，i的取值范圍為1到n。對于參考標(biāo)簽來說，在強度的定義上應(yīng)為R1，R2，……，Rn，其中R代表的是標(biāo)簽在第i個閱讀器中的信號強度。對于任意待定位標(biāo)簽來說，其取值范圍均在1到u之間，定義E=∑ni=1（Ri-Si）2，i的取值范圍在1到m之間，E代表的是待定位標(biāo)簽與參考標(biāo)簽之間的距離，二者間的距離越小，表示E的數(shù)值也將越小，待定位標(biāo)簽中E的取值范圍在E1，E2，……，Em之間。定位誤差由e表示，計算公式為：

式中，x0代表的待定位標(biāo)簽中的橫坐標(biāo)；y0代表的是待定位標(biāo)簽中的縱坐標(biāo)；x與y分別表示待定位淺表的計算坐標(biāo)。從計算結(jié)果可知，當(dāng)選取4個參考標(biāo)簽對待定位標(biāo)簽進(jìn)行計算時，室內(nèi)定位效果最佳，誤差范圍在0.65m—1.81m之間，平均值為1m。[2]

從上述研究中可知，LANDMARC系統(tǒng)具有三方面優(yōu)勢，一是利用參考標(biāo)簽代替閱讀器能夠有效的降低投入成本，使系統(tǒng)在整個室內(nèi)定位中的成本投入得到大大降低；二是保障參考標(biāo)簽與待定位標(biāo)簽周圍環(huán)境、條件相同，使大量環(huán)境影響因素的干擾作用難以充分發(fā)揮；三是利用該系統(tǒng)使室內(nèi)定位的信息更加準(zhǔn)確，應(yīng)用效果較為理想。

3 結(jié)論

綜上所述，隨著科技的不斷發(fā)展，定位技術(shù)的水平與需求也將隨之得以提升，未來的定位技術(shù)將是室內(nèi)無線定位與室外衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的結(jié)合體，兩種技術(shù)優(yōu)勢互補，不但能夠使響應(yīng)速度、精度得到顯著提升，還能夠極大的拓寬信號覆蓋面積，沖破界限上的限制，實現(xiàn)室內(nèi)外高效無縫的精準(zhǔn)定位。

參考文獻(xiàn)：

[1]高偉光.基于RFID的室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究和設(shè)計[D].電子科技大學(xué)，2015.

[2]桑東.基于射頻識別技術(shù)的室內(nèi)定位算法研究[D].天津大學(xué)，2016.