基于RFID的室内定位技术研究

    褚明杰+梁春美

    

    

    

    摘要：RFID（射频识别技术）以其非视距，非接触，多目标，低成本，效率高，识别速度快，定位精度高等特最而逐渐成为一颗耀眼的“定位新星”。文章先介绍了RFID系统的发展状况，然后按各主要组件介绍其分类及功能，阐述RFID系统工作原理，提出了RFID常用技术的应用，同时对RFID技术未来的发展趋势进行展望。

    关键词：室内定位；RFID；研究；应用

    1无线射频识别系统

    阅读器（Reader），电子标签（Tag），定位算法及数据处理终端四部分组成了一个完整的RFID系统。

    阅读器主要分手持式和固定式两种，其又称为读写器或扫描器，在整个系统中扮演着重要角色，是RFID系统的信息控制和分析处理中心，可以为单独个体，也可嵌入其他系统中，可无接触地读取和识别电子标签中的数据内容，如图1所示。

    电子标签按其内部有无电源提供能量分为有源标签，半有源标签和无源标签等，按工作频率不同又可分为为低频，高频，超高频，微波等。其作用首先是保证物品信息的安全性和完整性，其嵌入内部的芯片可对接收信号进行解码、解调，将信号进行编码与调制，反馈给阅读器，从天线收集阅读器辐射到空间并发送出去。其原理如图2所示。关于定位算法，目前RFID定位的开发多以主动式为主，室内环境下无线信号易折射、反射和发生严重的多径效应，故目前还没很好的室内环境下信号传播模型。除位置指纹算法外，在室内定位中还使用三角定位算法及邻近算法，分别属于基于场景定位、基于测距定位和邻近算法定位。

    2RFID系统的基本工作原理

    文章以较常见的RSSI为例进行阐述。采用此方法时，基站要能够覆盖室内整个范围，当某个标签临近某基站时，此基站获得信号强度就最强，依据相近优先原则，就能容易判断它的位置，如图3所示。

    3常用技术分析

    电子标签的工作频率决定了整个系统的工作频段，现将不同频率的系统技术参数比较如表1所示。

    从表1不难看出，从识别距离、防碰撞性能、识别速度、数据传输速率等方面综合判断，超高频更适合室内定位。

    LANDMARC系统是以RFID为基础，采用最少的阅读器的情况下增加低成本的参考标签实现提高定位精度。该系统通过“临近算法”来建立能量等级和信号强度之间的数学关系，因为在系统可测距离中，当前的RFID系统不能直接提供标签的信号强度而只能检测到信号的强度等级。

    4RFID系统的应用及研究发展方向

    在信息化导游系统中，最新采用RFID技术开发出的一款产品有着诸优点多，实现了自动带领观众前往指定展区，讲解过程中有音频、文字、视频等介绍，提高参观热情，提供统一的讲解，自行制定路线，满足参观人员的需求，保持观众的个性化参观要求。

    硬件方面，该讲解机器人主要由以下部分组成：单片机模块、机器人运动控制模块、RFID综合控制模块。整个系统由高性能单片机为核心，外部加以声音模块、无线接收模块、LCD显示模块构成讲解系统，并通过双摄像头实现位置定位和道路指引。直流电机、电机驱动模块、电源等组成机器人的运动控制模块，通过单片机进行控制来驱动机器人运动。系统工作时通过无线向机器人送入指令，机器人收到指令后决定到何处讲解点进行讲解及讲解什么内容。然后单片机驱动电机向目标前进，并通过摄像头实时检测当前所在位置，直到到达目的地后停止，并开始讲解内容。讲解完成后等待下一次的指令。