基于RFID的室內(nèi)定位技術(shù)研究

褚明杰+梁春美

摘要：RFID（射頻識(shí)別技術(shù)）以其非視距，非接觸，多目標(biāo)，低成本，效率高，識(shí)別速度快，定位精度高等特最而逐漸成為一顆耀眼的“定位新星”。文章先介紹了RFID系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，然后按各主要組件介紹其分類及功能，闡述RFID系統(tǒng)工作原理，提出了RFID常用技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)RFID技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)定位；RFID；研究；應(yīng)用

1無線射頻識(shí)別系統(tǒng)

閱讀器（Reader），電子標(biāo)簽（Tag），定位算法及數(shù)據(jù)處理終端四部分組成了一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)。

閱讀器主要分手持式和固定式兩種，其又稱為讀寫器或掃描器，在整個(gè)系統(tǒng)中扮演著重要角色，是RFID系統(tǒng)的信息控制和分析處理中心，可以為單獨(dú)個(gè)體，也可嵌入其他系統(tǒng)中，可無接觸地讀取和識(shí)別電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)內(nèi)容，如圖1所示。

電子標(biāo)簽按其內(nèi)部有無電源提供能量分為有源標(biāo)簽，半有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽等，按工作頻率不同又可分為為低頻，高頻，超高頻，微波等。其作用首先是保證物品信息的安全性和完整性，其嵌入內(nèi)部的芯片可對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解碼、解調(diào)，將信號(hào)進(jìn)行編碼與調(diào)制，反饋給閱讀器，從天線收集閱讀器輻射到空間并發(fā)送出去。其原理如圖2所示。關(guān)于定位算法，目前RFID定位的開發(fā)多以主動(dòng)式為主，室內(nèi)環(huán)境下無線信號(hào)易折射、反射和發(fā)生嚴(yán)重的多徑效應(yīng)，故目前還沒很好的室內(nèi)環(huán)境下信號(hào)傳播模型。除位置指紋算法外，在室內(nèi)定位中還使用三角定位算法及鄰近算法，分別屬于基于場(chǎng)景定位、基于測(cè)距定位和鄰近算法定位。

2RFID系統(tǒng)的基本工作原理

文章以較常見的RSSI為例進(jìn)行闡述。采用此方法時(shí)，基站要能夠覆蓋室內(nèi)整個(gè)范圍，當(dāng)某個(gè)標(biāo)簽臨近某基站時(shí)，此基站獲得信號(hào)強(qiáng)度就最強(qiáng)，依據(jù)相近優(yōu)先原則，就能容易判斷它的位置，如圖3所示。

3常用技術(shù)分析

電子標(biāo)簽的工作頻率決定了整個(gè)系統(tǒng)的工作頻段，現(xiàn)將不同頻率的系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)比較如表1所示。

從表1不難看出，從識(shí)別距離、防碰撞性能、識(shí)別速度、數(shù)據(jù)傳輸速率等方面綜合判斷，超高頻更適合室內(nèi)定位。

LANDMARC系統(tǒng)是以RFID為基礎(chǔ)，采用最少的閱讀器的情況下增加低成本的參考標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)提高定位精度。該系統(tǒng)通過“臨近算法”來建立能量等級(jí)和信號(hào)強(qiáng)度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，因?yàn)樵谙到y(tǒng)可測(cè)距離中，當(dāng)前的RFID系統(tǒng)不能直接提供標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度而只能檢測(cè)到信號(hào)的強(qiáng)度等級(jí)。

4RFID系統(tǒng)的應(yīng)用及研究發(fā)展方向

在信息化導(dǎo)游系統(tǒng)中，最新采用RFID技術(shù)開發(fā)出的一款產(chǎn)品有著諸優(yōu)點(diǎn)多，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)帶領(lǐng)觀眾前往指定展區(qū)，講解過程中有音頻、文字、視頻等介紹，提高參觀熱情，提供統(tǒng)一的講解，自行制定路線，滿足參觀人員的需求，保持觀眾的個(gè)性化參觀要求。

硬件方面，該講解機(jī)器人主要由以下部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制模塊、RFID綜合控制模塊。整個(gè)系統(tǒng)由高性能單片機(jī)為核心，外部加以聲音模塊、無線接收模塊、LCD顯示模塊構(gòu)成講解系統(tǒng)，并通過雙攝像頭實(shí)現(xiàn)位置定位和道路指引。直流電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電源等組成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制模塊，通過單片機(jī)進(jìn)行控制來驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)工作時(shí)通過無線向機(jī)器人送入指令，機(jī)器人收到指令后決定到何處講解點(diǎn)進(jìn)行講解及講解什么內(nèi)容。然后單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)向目標(biāo)前進(jìn)，并通過攝像頭實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前所在位置，直到到達(dá)目的地后停止，并開始講解內(nèi)容。講解完成后等待下一次的指令。