基于RFID局域定位技术和应用研究

    涂序枝

    摘 要：局域定位感知系统以及无线网络定位研究备受关注，其中射频识别技术（RFID）是20世纪90年代兴起的自动识别技术。由于射频标签具有数据信息量大、抗干扰能力强、识别速度快、价格低廉等优点，所以射频识别技术（RFID）被广泛地应用于电子身份识别和跟踪定位领域。

    关键词：RFID；射频识别；定位

    1 引言

    随着社会的发展，如何利用局域定位技术更快更准确更全面地获取位置的数据信息，成为如今物联网领域的重要课题。RFID自动识别技术可以通过无线信号识别特定目标，并读写有关数据。RFID技术具有非视距、非接触、成本低和定位精度高等优点。目前，将RFID技术应用到局域定位系统，局域定位技术在近年来受到研究人员的关注[1]。

    2 RFID局域定位系统组成

    在RFID定位系统中，定位系统结构主要组成部件有：数据信息处理终端（PC）、标签、天线和阅读器，如图1所示。

    标签：由耦合原件和芯片组成，即为带有天线的芯片，每个标签具有唯一的电子编码。

    阅读器：阅读器是读取或写入标签信息的设备，通过射频收发器接收目标签的已编码射频信号，对标签的认证识别信息进行解码。

    天线：天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。

    数据信息处理终端（PC）：后台数据处理终端通过有线或者无线的方式收集阅读器读取相关数据信息，处理终端可以通过相关程序对RFID定位系统进行配置[2]，并获取定位信息。

    3 典型的定位算法

    3.1 时间测距的定位算法（TOA）

    TOA算法是通过获得阅读器发射的信号到达目标再返回阅读器的时间，然后根据时间计算距离来定位的一种方式。该算法至少需要3个参考点定位1个标签目标，该算法要求标签和阅读器在时间上要保持同步。若已知终端i到天线的直线距离ri，可根据几何原理确定它在以i为圆心ri为半径的圆周上，其终端位置（xo，yo）与天线位置（xi，yi）之间满足如下关系：

    由已知的终端与三个天线之间的距离，再以三个天线所在的位置为圆心，终端与三个天线之间的距离为半径画圆，则可以由三个圆的交点确定出终端所在的位置。对于i=1，2，3，可得到三个方程组，即可得到终端的位置（xo，yo）。

    3.2 基于信号接收强度的定位（ RSSI）

    该算法通过读写器接收到的功率，计算出标签的距离[3-4]。使用信号强度可以构建RFID定位系统，无线信号接收功率 和发射功率 之间的关系可以用以下公式表示。式中d为发射器和接收器之间的距离，n为传播因子，其数值由无线信号区域的传播环境决定。A的数值是无线收发节点间相距1m时接收节点所接收到的无线信号功率数值，可得到如下关系。

    3.3 基于AOA算法的定位系统

    AOA算法是利用阵列天线来实现定位的，能够检测到信号反射回来的方向，可以得知这个信号在这条线上。当有2个基站，2条直线交于一点，这一个交点就是目标标签的位置。该方法的优点就是定位精度比较高，对于AOA典型算法的定位系统[3-4]，用2对阅读器得到2个标签波达方向的倾斜角θ1和θ2，H是2个由2对阅读器组成的线段的中心之间的距离，其关系如下。

    4 RFID 定位技术应用研究模型

    随着RFID技术的应用领域不断扩展和商业化。基于RFID定位的应用涉及到工厂装配流水线、航空行李、医药管理、汽车防盗、物流和供应管理、图书馆管理、医疗设备、商品防伪、门禁系统、跟踪定位和电子身份识别等众多领域。下面给出了几种典型的应用领域。

    4.1 医药管理系统应用

    目前医药服务主要依靠人力，为了提高医药服务水平，减低了人工操作误操作率，一些医药机构采用了基于RFID 的定位系统[5]。目前医药服务使用该系统监控医药流向以及出库入库情况，完善医院管理药物的管理，提高了药品过期管理的效率。

    4.2 仓储管理

    对于仓储来说，快速准确实现采购控制、提高了货品查询的准确性、改善了盘点作业的质量、减低了库存管理的成本、加快了货品出入库的速度，从而增大库存中心的进出量是目前仓储管理的目标[6]。

    4.3 煤矿生产安全系统

    为了实时获取矿井人员作业情况，防止各种安全事故发生，在事故发生时能够快速准确地定位工人位置是目前 RFID定位系统应用的主要方面。如今一些RFID定位系统已用于煤矿，这些系统可以监控地下环境，发生危险时能够引导工人避险。

    5 结语

    随着定位感知系统以及无线技术的发展，RFID局域定位技术在物联网各个领域有着广泛的应用，RFID定位技术也必将越来越多地得到人们的关注和持续的研究与投入。发挥RFID定位技术的特点，不断提高定位精度，终会实现更加精准和完美的定位服务。

    [参考文献]

    [1]中国射频识别（RFID）技术政策编委会.中国射频识别（RFID）技术政策白皮书[M].北京：中华人民共和国科学技术部等十五部委，2006.

    [2孙瑜.射频识别室内定位算法研究[D].成都：西南交通大学，2005.

    [3]BOUET M，SANTOS A L D.RFID tags：positioning principles and localization techniques[EB/OL].（2008-11-27）[2012-02-12].

    [4]吴浩权.基于RFID的室内无线定位技术研究[J].电声技术，2013，37（3）：76-78.

    [5]彭力.无线射频识别（RFID）技术基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.

    [6]赵军辉.射频识别技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.