RFID定位系统简介

1、RFID定位系统简介 RFID系统由RFID标签和RFID阅读器以及他们之间的通信组成。每个RFID标签具有 唯一的标识符，即唯一的ID，他连接到某个对象上。用户用他的RFID阅读器读取RFID标 签的唯一 ID，使用户能够识别与 RFID标签所连接的对象。因此， RFID标签系统在各个领 域都有应用。例如，实物分配领域，一次性在一个纸箱或购物篮中识别多个目标的技术引起 关注。 RFID标签的唯一 ID可以涉及到一些有用的信息。 其中一个重要的信息是携带 RFID标 签的对象的位置信息。从 RFID标签的唯一 ID和位置信息，用户可以知道携带 RFID标签 的对象的位置。 将射频识别技术用于室

2、内定位领域是目前RFID研究的一个热点。GPS是大家首先想到 的一个定位系统，他基于卫星通信，在室外空旷环境下可提供精度在10米之内的导航，但 是当目标移至室内，卫星信号受到建筑物的影响而大大衰减，定位精度也随之降低。 近年来， 许多技术和方案被提出用于室内坏境下的目标定位，这些技术包括红外线(Infrared)技术、超 声波(Ultrasonic)技术、超宽带(UWB)和射频识别(RFID)技术等。 红外线(Infrared)定位具有较高的室内定位精度，但是由于光线不能穿过障碍物传播， 因此红外线定位受到直线视距的限制，而且定位距离比较短，通常只有5米左右。超声波 (Ultrasonic)定

3、位主要采用反射式测距法，通过三角定位算法确定物体的位置。超声波的定位 精度通常都很高，但超声波不能穿透墙壁，受多径效应和非视距传播影响很大，定位距离比 较短。UWB技术通过发射和接收脉冲之间的时间差为进行距离测量和定位，具有定位精度 高、鲁棒性好、不易受干扰等优点，但是系统需要较大的带宽(大于500MHz)和精度的同步 时钟，校准难度较大。射频识别(RFID)技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以 达到识别定位的目的，这种技术成本低、传输范围大，同时有非接触和非视距的优点，很适 合室内定位技术。 RFID系统的两大重要组成部分是读写器和标签。读写器包括天线、收发器、基本控制单元、 逻辑

4、接口等，可以方便地与标签和后台应用程序进行数据传输和交换。标签包括芯片和天线 两个部分。标签芯片是即 ID系统的数据载体，可以存储商品或者物体的基本信息。当附着 有标签的物体进入读写器天线的工作场区范围内，读写器和标签通过电场或者磁场藕合的方 式实现两者之间的数据交互。 根据RFID系统的工作频率不同，可将其分为低频LF(Low Frequency)、高频 HF(High Frequency)、超高频 UHF(Ultra High Frequency)和微波 MW(Microwave)等四个频段。频段不 同，工作特性也不同：低频和高频RFID系统基于电感耦合的基本原理，因此其通信距离较 短；超

5、高频和微波频段 RFID系统基于电磁耦合反向散射的基本原理，因此其通信距离较长。 各个频段的工作特性如表1.1所示。其中，超高频 RFID系统由于具有较远的识别距离、较 快的通信速率和较小的天线尺寸而成为当前研究的热点 工作频段 *型工作 频率 典型波长 能点标记的取样位置的概率计算为（初始概率1）* （可能性0.5）= 0.5。 接下来，RFID读取器移动到另一个位置。如果 RFID读写器接收到一个标签的 ID响应，则根据传感器模型计算各取样位置的概率似然值p（z2 | X, r2）并更新后验 概率。重复此过程，计算RFID标签的位置。如果有多个采样位置的后验概率一 样最大，则认为这些采样位

6、置区域的重心为标签的估计位置。 标签位置估计误差定义为e： e J(x Xo)2 (y yo)2 这里xo，yo为标签的实际坐标, x,y为计算得出的坐标。 不断改变通信范围的大小，可以高效地估计标签的位置。于是提出了一个多 传感范围的方法，即多级RFID阅读器的发射功率的方法。为了简便，RFID阅 读器发射功率分三个通信范围：远距离范围（Iong-range ）对应最高发射功率、 中距离范围（middle-range ）对应中间发射功率、短距离范围（short-range ）对 应最小发射功率。 图4显示了一个多传感范围的RFID标签的位置估计方法的流程图。首先，在同 一观测点下，以远距离范

7、围（最高发射功率）搜索标签，如果机器人接收到来自 标签的ID响应，则机器人尝试以中距离范围搜索标签，如果再次接收到响应则 尝试以短距离范围搜索标签。之后更新后验概率并移动到下一个观测点。感应模 型一是只接收到远距离范围的感应，模型二是只接收到远距离和中距离的感应， 模型三是接收到全部三种范围的感应。 Rotot rnm to ariGthe” point HO VESi MO E/stem reqsfs- D tc w Us wth h?ng range refVT5 M ID 卍和onw 7 5:*rT.(amp4! S 畑HE rvqv4E；t D to a 刊 wtfi EidJe ig

8、m|护 iyslem Barplms positions X Spbm ufH at*E pMlwior proCdbil 叩 with vtnvsr mode 1 NO Syswnn)ve( D respqriH ? r” wo YEW S/&tem reqj4&3. D to a ng rlh sho*T nrQ System An C response 5yst-niiupdalc-s f-HtHcr pnfcjitildv with riKff(ndl 2 Sys hen calculaEes rhe pOErtQn ol lag 2 Wt oofntnuF Ena VCfi Syan

9、 upd*t postwlcr prob ability widh rTf mod# 13 Flow cliaii of the multi-sensiiig-raiige inerliod atitema short 刪怡孑 lorig SenspT node! 1 05 Ihetiood antenna likelihood A :Mem lag h Seusor model i. EOOcm 4 Number o ug 1 Distance beheeii obsenatioiis 25cm Frequency u&ed by tlie KFlt) system SSONiHz 960M

10、Hz CoflinHiflicatiofi cUstances Long-rane 5m Middle range 3.5m SLott-rauge 2m ConveutiOTLal methods range Sin Saiupk p贰愉u of pougg Grid of 5 m Gonifl丽口“制 method) -Multi-詁Ksng Eft上目 tho-d 1. pg-?. Estimated position Moving distance of the robot c/m en oi VS一 moving disiaiice of robot L=W0 cm 000O1000 1200 1400 ittO 1000