基于RFID的室內定位技術分析

付文玥 李佳萍

摘 要：目前，RFID技術已經被應用到社會的多個領域，如物流、圖書館、停車場等，該技術基礎較為完善，能夠為人們的生產生活帶來諸多便利。對此，本文首先簡要介紹了RFID技術原理，并在此基礎上對RFID技術在室內定位中的應用系統進行分析和闡述。

關鍵詞：RFID技術；室內定位；算法分析

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

1 RFID技術基礎

RFID技術是射頻識別的簡稱，該系統主要包括RFID標簽、微型天線、讀寫器三個部分，其中讀寫器能夠發射出固定頻率的電磁波，當標簽位于電磁波影響范圍內時，便會吸取到能量，將處于休眠狀態下的標簽激活，然后將自身攜帶的信息以天線為載體進行發射，為讀寫器的識別處理提供便利。在RFID室內定位系統中，主要包括電子標簽、讀寫器、計算機數據庫、中間件等，在實際應用中具有成本低、精度高等優勢，因此得到了廣泛應用。[1]

2 基于RFID室內定位技術分析

根據能源供給形式不同，可將RFID定位系統劃分為兩種類型，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域，因此應布置大量的天線，花費諸多成本；被動式定位設置在PC端，只需一個射頻天線便可發射大量信號，當需要擴大信號影響范圍時，只需將RFID標簽設置在特定位置即可，如若對定位的精確度有較高要求，則可適當增加標簽的安裝數量，與射頻天線相比來看，標簽的成本投入較低，因此與主動式相比更具應用優勢。

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、距離為依據對目標、信號接收機間的距離進行計算。與信號衰減原理相結合，在接收機接收信號時，發揮計算機的力量對信號的強度大小進行對比，便可以此為依據對信號空中傳輸模型進行構建，并因此預測出發射機與接收機之間的距離。在部分特殊場所中，接收機與目標之間不通視，信道受到非視距信號傳輸的干擾，導致所得結果與實際結果有所出入。接收機中的信號包括散射、繞射、反射、透射電磁波，這些均會導致信號通過多條渠道后進入到接收機中，出現多徑現象，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入到接收機之中，使接收機所接到的電磁波數值受到影響，相位方面也是在時間因素的影響下出現疊加波，距離路徑產生的損耗模型如下：

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代表環境傳播損耗數值，范圍在1.6—3.3之間；d代表的是發射機與接收機之間的距離，按照具有代表性的室內路徑損耗進行估算；X代表的是標準差正態隨機變量。

2.2 LANDMARC系統分析

LANDMARC系統是在RFID技術基礎上設計而成，在不額外引進閱讀器的前提下降低系統運行投入成本，借助參考標簽提高定位精度。在系統測量過程中，LANDMARC系統應明確接收機中的信號強度，目前RFID系統暫時難以直接滿足這一要求，因此系統采用“臨近算法”間接得出信號強度與能量等級之間的關系。

假設系統當前具備n個閱讀器、u個待定位標簽、m個參考標簽，在連續閱讀的條件下，每間隔30s進行一次監測，當標簽的能量等級由1上升到8后，標簽的信號強度S的取值范圍為S1，S2，……，Sn，其中Si代表第i個閱讀器監測到的標簽信號強度，i的取值范圍為1到n。對于參考標簽來說，在強度的定義上應為R1，R2，……，Rn，其中R代表的是標簽在第i個閱讀器中的信號強度。對于任意待定位標簽來說，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代表的是待定位標簽與參考標簽之間的距離，二者間的距離越小，表示E的數值也將越小，待定位標簽中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代表的待定位標簽中的橫坐標；y0代表的是待定位標簽中的縱坐標；x與y分別表示待定位淺表的計算坐標。從計算結果可知，當選取4個參考標簽對待定位標簽進行計算時，室內定位效果最佳，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系統具有三方面優勢，一是利用參考標簽代替閱讀器能夠有效的降低投入成本，使系統在整個室內定位中的成本投入得到大大降低；二是保障參考標簽與待定位標簽周圍環境、條件相同，使大量環境影響因素的干擾作用難以充分發揮；三是利用該系統使室內定位的信息更加準確，應用效果較為理想。

3 結論

綜上所述，隨著科技的不斷發展，定位技術的水平與需求也將隨之得以提升，未來的定位技術將是室內無線定位與室外衛星導航技術的結合體，兩種技術優勢互補，不但能夠使響應速度、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，實現室內外高效無縫的精準定位。

參考文獻：

[1]高偉光.基于RFID的室內定位系統的研究和設計[D].電子科技大學，2015.

[2]桑東.基于射頻識別技術的室內定位算法研究[D].天津大學，2016.