基于RFID的室內(nèi)定位（RSSI）

李航

摘要：RFID技術(shù)被廣泛應(yīng)用在當(dāng)前的社會(huì)各個(gè)生產(chǎn)生活方面，如：物流，生產(chǎn)線，停車(chē)收費(fèi)，圖書(shū)館借書(shū)卡等，有較好的技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)。基于信號(hào)強(qiáng)度定位法有較低的成本和較好實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，所以本文主要分析信號(hào)強(qiáng)度定位法。通過(guò)對(duì)經(jīng)典電磁波傳播模型和距離路徑損耗模型分析，實(shí)現(xiàn)仿真定位。

關(guān)鍵詞：RFID；RFID定位技術(shù)；定位算法；信號(hào)強(qiáng)度定位RSSI

中圖分類(lèi)號(hào)：TN925+.93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）06-0127-02

射頻識(shí)別（簡(jiǎn)稱(chēng)RFID）技術(shù)是一種利用射頻信號(hào)經(jīng)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別目標(biāo)并獲取標(biāo)簽攜帶信息的的技術(shù)。它有操控簡(jiǎn)易，適用領(lǐng)域廣，環(huán)境適應(yīng)性好。現(xiàn)有的定位方式如GPS、北斗等無(wú)法滿(mǎn)足樓宇內(nèi)及地下建筑環(huán)境定位，RFID技術(shù)具有非接觸，實(shí)施方便，非視距，識(shí)別效率高，工作期限長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，并且隨著該RFID技術(shù)的不斷成熟，已經(jīng)應(yīng)用在生活生產(chǎn)的各個(gè)方面。

1 RFID技術(shù)基礎(chǔ)

系統(tǒng)主要由三部分組成：RFID標(biāo)簽、讀寫(xiě)器和微型天線。讀卡器發(fā)出固定頻率的電磁波，當(dāng)標(biāo)簽處于發(fā)射的電磁波范圍內(nèi)便獲得能量。此時(shí)處于休眠狀態(tài)的標(biāo)簽被激活并將自身信息經(jīng)調(diào)制后由標(biāo)簽內(nèi)天線發(fā)射出去，供讀寫(xiě)器識(shí)別處理。如圖1。

RFID室內(nèi)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：由電子標(biāo)簽、射頻讀寫(xiě)器、中間件以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)組成。

RFID室內(nèi)定位方法中RSSI具有高精度和低成本的優(yōu)勢(shì)，因而得到廣泛的應(yīng)用。

2 信號(hào)強(qiáng)度定位法（RSSI）

根據(jù)能量供給方式不同，RFID定位系統(tǒng)通常可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種定位方法。

對(duì)于這兩種主動(dòng)或者被動(dòng)式，主動(dòng)式需要在特定的位置安裝特定的射頻天線，該定位一般在定位物端進(jìn)行，要進(jìn)行廣泛位置定位，就需要布置更多的射頻天線，成本相對(duì)較高。被動(dòng)式定位計(jì)算在pc端進(jìn)行，一個(gè)射頻天線就能夠收發(fā)多個(gè)射頻信號(hào)，當(dāng)需要進(jìn)行廣泛位置定位時(shí)，只需在特定位置布置相應(yīng)的RFID標(biāo)簽，即使是需要更精確的定位，也只需要增加標(biāo)簽的數(shù)量，因?yàn)闃?biāo)簽成本低，所以被動(dòng)式成本相對(duì)較低。

2.1 無(wú)線定位的信號(hào)強(qiáng)度

接收信號(hào)強(qiáng)度指示通過(guò)無(wú)線電在空中的傳播時(shí)根據(jù)信號(hào)的衰減和距離的關(guān)系來(lái)計(jì)算目標(biāo)和信號(hào)接收機(jī)之間的距離。根據(jù)信號(hào)衰減原理，當(dāng)信號(hào)接收器接收到的信號(hào)時(shí)，計(jì)算機(jī)通過(guò)比對(duì)發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度和接收到信號(hào)強(qiáng)度，就可以根據(jù)無(wú)線信號(hào)的在空間中傳輸?shù)哪Ｐ凸浪愠霭l(fā)射機(jī)與接收的距離。

在一些實(shí)際的場(chǎng)所，目標(biāo)與信號(hào)接受機(jī)之間不通視的場(chǎng)合，由于信道受到多徑衰減和非視距信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀瑫?huì)得到與實(shí)際目標(biāo)位置不一樣的結(jié)果。接收器接收到的的信號(hào)包括反射、繞射、散射和透射的電磁波以及直接視距傳輸?shù)碾姶挪ǎ瑫?huì)引起信號(hào)通過(guò)不止一條路徑達(dá)到接收器，就是多徑現(xiàn)象，所以在同一時(shí)刻會(huì)有不同的時(shí)延和相位以及強(qiáng)度的電磁波會(huì)傳同時(shí)送到接收器，從而使接收器接收到的電磁波的衰減值以及相位是隨時(shí)間而改變的疊加波。下面為距離路徑損耗模型：

PL（d）表示路徑d的總損耗值；PL（d0）表示近地參考距離（d0=3-10λ），自由空間衰減值；n表示環(huán)境和建筑物傳播損耗指數(shù)（1.6-3.3）；Xδ是標(biāo)準(zhǔn)差的正態(tài)隨機(jī)變量；d0為參考距離；d為接收機(jī)到發(fā)射機(jī)之間的距離；這是比較經(jīng)典的室內(nèi)路徑損耗模型。

2.2 LandMarc定位算法

LandMarc定位系統(tǒng)采用了“最近鄰距離”（KNN）算法，位置確定的固定參考標(biāo)簽部署在要定位區(qū)域內(nèi)。將閱讀器分成m個(gè)不同的能量等級(jí)。在待定位標(biāo)簽附近求得最近的k個(gè)參考標(biāo)簽。

該算法通過(guò)接收到的功率，計(jì)算出目標(biāo)標(biāo)簽與讀寫(xiě)器的距離。使用信號(hào)強(qiáng)度定位的方法，可以很容易地搭建RFID定位系統(tǒng)。

3 展望

多徑現(xiàn)象是影響基于RSSI定位的主要因素，應(yīng)分別從基于視距與非視距兩個(gè)方面出發(fā)研究接收器接收到的信號(hào)強(qiáng)度，進(jìn)行處理分析。

更高精度的定位關(guān)健在于接收器接收到的是非線性信號(hào)，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，非線性的信號(hào)會(huì)變成線性的信號(hào)，在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中采樣這一環(huán)節(jié)會(huì)有相對(duì)較大的誤差，最終會(huì)使得定位計(jì)算有誤差。

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Abstract：RFID technology is widely used in all aspects of production and life in the current society， such as： logistics， production lines， parking fees， library card， etc.， and has a good technical foundation and application basis. Because of the lower cost and better implementation basis of the signal strength location method， this paper mainly analyzes the signal strength location method. Through the analysis of classical electromagnetic wave propagation model and distance path loss model， simulation positioning is realized.

Key words：RFID； RFID positioning technology； positioning algorithm； signal strength positioning RSSI