淺析無源RFID的定位技術(shù)

RFID是一種非接觸式識別技術(shù)，采用了無線射頻信號讀取和傳輸RFID電子標(biāo)簽所存儲的信息，廣泛應(yīng)用于物流追蹤、交通運輸、商場貨物管理、物品定位等領(lǐng)域。根據(jù)場所的具體情況，按需要均勻的部署輔助的RFID電子標(biāo)簽和讀寫器。一般可以通過兩種途徑來表示輔助RFID標(biāo)簽離RFID讀寫器的距離遠(yuǎn)近。

第一種是使用可以通過調(diào)節(jié)能量層來調(diào)節(jié)讀寫距離的RFID讀寫器，每一個輔助RFID標(biāo)簽在何能量層上被RFID讀寫器讀取到，這一能量層數(shù)據(jù)就表示出這個輔助RFID標(biāo)簽離RFID讀寫器的距離遠(yuǎn)近。能量層數(shù)據(jù)越小，輔助RFID標(biāo)簽離RFID讀寫器越近；能量層數(shù)據(jù)越大，輔助RFID標(biāo)簽離RFID讀寫器越遠(yuǎn)。

第二種是根據(jù)RFID讀寫器發(fā)送信號至讀取到RFID標(biāo)簽信息之間的延遲來表示輔助RFID標(biāo)簽離RFID讀寫器的距離遠(yuǎn)近。延遲時間越短，輔助RFID標(biāo)簽離RFID讀寫器的距離越近；延遲時間越長，輔助RFID標(biāo)簽離RFID讀寫器的距離越遠(yuǎn)。

RFID標(biāo)簽分為有源和無源，有源標(biāo)簽由于標(biāo)簽帶有電源，信號處理也能做得比較復(fù)雜，定位精度會高很多。能在理想情況下達(dá)到覆蓋100米范圍，定位誤差5米左右，主要通過三角定位來完成，但這個領(lǐng)域也完全可以使用諸如UWB，ZigBee等等節(jié)點完成定位。無源RFID標(biāo)簽由于標(biāo)簽自身沒有計算能力，所有信號處理都要受限于RFID讀寫器接收到的反射信號，因此信號處理算法選擇余地會小很多。且因為RFID讀寫器識別范圍基本上在20米范圍以內(nèi)，一般是無源標(biāo)簽的定位使用較少。

RFID室內(nèi)定位是通過已知位置的RFID讀寫器，對標(biāo)簽進(jìn)行定位，可以分為非測距方法和測距方法?；跍y距的方法是指通過各種測距技術(shù)對目標(biāo)RFID設(shè)備與各RFID標(biāo)簽之間的實際距離進(jìn)行估計，再通過幾何方式來估計目標(biāo)設(shè)備的位置。常用的基于測距的定位方法有：利用到達(dá)時間信息的定位（分為TOA、TDOA）、基于信號強度信息（RSSI）定位、基于信號到達(dá)角（Angle of Arrival，AOA）等。這些技術(shù)與UWB、Wi-Fi中采用的技術(shù)原理一致，只是RFID信號的傳播距離受到能量的約束而非常近，一般只有幾米到幾十米距離。

其中，非測距方法是指前期搜集場景的信息，然后將獲取到的目標(biāo)與場景信息進(jìn)行匹配，從而對目標(biāo)進(jìn)行定位。典型的實現(xiàn)方式是參考標(biāo)簽法和指紋定位法，其中參考標(biāo)簽法常用的算法是質(zhì)心定位法，指紋定位法與Wi-Fi定位、Beacon定位等技術(shù)中采用的基本相同。在定位空間布置一些RFID讀寫器，RFID讀寫器的位置已知，當(dāng)目標(biāo)RFID標(biāo)簽進(jìn)入場景時，同時有多個RFID讀寫器能夠讀到目標(biāo)RFID標(biāo)簽信息，這些RFID讀寫器的位置和連線組成一個多邊形，這個多邊形的質(zhì)心即可認(rèn)為是目標(biāo)RFID標(biāo)簽的位置坐標(biāo)。質(zhì)心定位算法實現(xiàn)步驟簡單且易操作，但是定位精度比較低，常用于對定位精度要求不高，RFID硬件設(shè)備有限的場景。

基于RFID技術(shù)的定位方法的優(yōu)點在于成本低廉，有源RFID標(biāo)簽成本通常在幾十元，而無源RFID標(biāo)簽成本可以做到幾元錢，且標(biāo)簽體積很小，通常制作成薄片的形狀，且RFID射頻信號穿透性較強，可進(jìn)行非視距通信。RFID系統(tǒng)的通信效率很高，相比與Wi-Fi和Zigbee等需要網(wǎng)絡(luò)接入的系統(tǒng)，一個RFID讀寫器，可以再1秒時間內(nèi)完成上百個標(biāo)簽的讀寫。相比于ZigBee、藍(lán)牙和Wi-Fi無線定位技術(shù)，RFID的節(jié)點成本更低，定位速度更快，但是其通信能力較弱，因而RFID定位特別適用于需要簡單的標(biāo)記對象，但不需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)通信的場合。

但是，現(xiàn)有的利用RFID技術(shù)的定位系統(tǒng)有許多缺點，定位誤差大，系統(tǒng)部署復(fù)雜，容易受到環(huán)境影響等，如基于RSSI的定位方法受限于RSSI自身波動較大和對環(huán)境干擾敏感，精度很難進(jìn)一步提升，基于TOA和TDOA的定位方法，對時間測量的精確性要求較高，但是由于無源RFID系統(tǒng)的低通信速率，很難觀測到精準(zhǔn)地時間?？偟恼f來，RFID定位技術(shù)適用范圍窄，定位精度差，用于實際的案例較少。

由上圖可知，各種定位技術(shù)的核心特點都是精度。目前大部分技術(shù)基本都已經(jīng)成熟了，只是大家需要根據(jù)不同使用場景和定位精度以及系統(tǒng)造價來選擇合適的定位方案就好。

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