美軍射頻自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)及前景

　　美軍目前使用的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)

　　美軍在射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）應(yīng)用方面一直處于世界領(lǐng)先地位，特點(diǎn)是敢于投入重金，在實(shí)際戰(zhàn)爭(zhēng)的保障過程中大膽使用新技術(shù)，并在使用中改進(jìn)，注重實(shí)效。分析美軍在軍事物流中所使用系統(tǒng)的情況，探索射頻識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)，對(duì)發(fā)展我國(guó)物流及供應(yīng)鏈射頻識(shí)別應(yīng)用和技術(shù)選型具有重要意義。

　　美軍目前使用的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)包括特定物品尋找系統(tǒng)、運(yùn)輸途中物資可見性系統(tǒng)、單兵電子病歷卡和服裝發(fā)放裝置等幾類。

　　1 特定物品尋找系統(tǒng)

　　這一系統(tǒng)由射頻標(biāo)簽和手持式識(shí)讀裝置組成，其中射頻標(biāo)簽附在集裝箱或托盤上，用于存儲(chǔ)和發(fā)送集裝箱內(nèi)的物資信息。射頻標(biāo)簽為主動(dòng)式帶電源，存儲(chǔ)容量128KB。箱內(nèi)所裝物資品名、數(shù)量、狀況、終點(diǎn)、用戶等貨單信息均存在標(biāo)簽中。射頻標(biāo)簽設(shè)計(jì)堅(jiān)實(shí)，耐惡劣氣候，耐沖擊，能在野戰(zhàn)條件下多次使用。手持式識(shí)讀裝置能夠“激活”射頻標(biāo)簽，在90m距離范圍閱讀標(biāo)簽上的信息內(nèi)容，并以聲音輔助尋的，主要用于野戰(zhàn)集裝箱貨場(chǎng)的目標(biāo)尋找。

　　2 運(yùn)輸途中物資可見性系統(tǒng)

　　美軍在集裝箱或整裝卸車上安裝射頻標(biāo)簽，在運(yùn)輸起點(diǎn)、終點(diǎn)和各中途轉(zhuǎn)運(yùn)站上配置固定或手持式識(shí)讀裝置和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)時(shí)追蹤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)在運(yùn)物資進(jìn)行監(jiān)控。該系統(tǒng)通過遍布38個(gè)國(guó)家的420個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，對(duì)包括軍事及商業(yè)用途的270000個(gè)集裝箱和重要貨物進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤。

　　3 單兵電子病歷卡

　　在2003年伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美國(guó)軍方大量使用了射頻身份識(shí)別技術(shù)，被縫入到袖口中的射頻標(biāo)簽用于跟蹤受傷的士兵和平民的身份、狀況和位置。射頻標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)通過手持設(shè)備進(jìn)行讀取，識(shí)別病人，也允許醫(yī)生在標(biāo)簽上添加、修改或創(chuàng)建新的治療記錄。

　　美國(guó)ScenPro公司開發(fā)了在伊拉克的海軍第三艦隊(duì)醫(yī)院使用的整套TacMedCS系統(tǒng)，德州儀器公司（TI）提供了射頻標(biāo)簽，其Tag-it采用工作頻率為13.56MHz的無源標(biāo)簽。射頻識(shí)讀設(shè)備與袖口之間的識(shí)讀距離可達(dá)1.8m。

　　4 服裝發(fā)放裝置

　　以往美軍都是利用條形碼技術(shù)使服裝發(fā)放速度加快。即服裝公司將帶有電子條形碼的標(biāo)簽系在作戰(zhàn)服上，發(fā)往征兵中心。在新兵試穿時(shí)，管理者用掃描器掃描標(biāo)簽，將適合新兵穿用的作戰(zhàn)服大小、顏色、式樣等信息輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將信息傳到國(guó)防兵員保障中心，再由中心傳到服裝公司，用于制定生產(chǎn)計(jì)劃。而現(xiàn)在使用射頻識(shí)別技術(shù)，過去需要多步完成的程序可以一次完成，既節(jié)省了人力又提高了效率。

　　美軍RFID應(yīng)用的技術(shù)特點(diǎn)

　　美軍使用的射頻識(shí)別系統(tǒng)十分注重實(shí)用性，即可在野戰(zhàn)條件下使用。從后勤保障供應(yīng)鏈的角度，野戰(zhàn)條件相對(duì)平時(shí)固定營(yíng)房及作業(yè)場(chǎng)所而言，室外、野外操作較多，要求設(shè)備對(duì)溫度、濕度、陽光、降水等自然環(huán)境條件有較強(qiáng)的適應(yīng)性。由于野站環(huán)境各種裝備車輛集中，設(shè)備數(shù)量多，電纜布線不規(guī)則，可能會(huì)產(chǎn)生多種電磁干擾。野戰(zhàn)條件對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)的要求是識(shí)別距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、使用操作簡(jiǎn)便、可安裝在露天環(huán)境、拆裝方便，以及盡可能少的維護(hù)。

　　1 主動(dòng)式標(biāo)簽

　　主動(dòng)式標(biāo)簽的工作電源完全由內(nèi)部電池供給，同時(shí)電池能量也部分轉(zhuǎn)換為標(biāo)簽與識(shí)讀設(shè)備通信所需的射頻能量。主動(dòng)式標(biāo)簽通常用于識(shí)別距離較遠(yuǎn)（10～200m）的場(chǎng)合，典型工作頻率為433.92MHz、860～930MHz、2.45GHz及5.8GHz。

　　主動(dòng)式標(biāo)簽的識(shí)別距離較遠(yuǎn)，可靠性相對(duì)較高，成本也較高。從美軍使用情況看，主要用于大型集裝箱、車輛的身份識(shí)別。在集裝箱上使用主動(dòng)式標(biāo)簽可以充分發(fā)揮遠(yuǎn)距離識(shí)別的特點(diǎn)，減少開箱清點(diǎn)工作量。

　　主動(dòng)式標(biāo)簽的不足是電池壽命有限，只能維持2～5年。實(shí)踐證明，由于制造和使用上的差異，主動(dòng)式標(biāo)簽電池的使用時(shí)間有較大離散性，給標(biāo)簽的維護(hù)帶來麻煩，標(biāo)簽數(shù)量越大，維護(hù)問題越復(fù)雜。同時(shí)由于主動(dòng)式標(biāo)簽帶有電池，通常體積較大，限制了應(yīng)用領(lǐng)域。

　　2 標(biāo)簽數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量

　　射頻識(shí)別標(biāo)簽的存儲(chǔ)容量一般在2Kb以內(nèi)，更多的存儲(chǔ)容量并沒有太大的意義。因此典型的標(biāo)簽數(shù)據(jù)容量為128b、64b、1Kb和2Kb。

　　美軍要求在本土以外的集裝箱上安裝主動(dòng)式標(biāo)簽，并寫入貨單內(nèi)容，是基于某些地域不便通過網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)的安全因素考慮。這種做法是將射頻標(biāo)簽當(dāng)作通信設(shè)備。美軍除集裝箱以外的所有射頻識(shí)別應(yīng)用都是只在標(biāo)簽上存放物品的軍隊(duì)唯一識(shí)別碼，相關(guān)信息是通過網(wǎng)絡(luò)得到的。

　　3 工作頻率

　　目前使用較多的幾種射頻標(biāo)簽工作頻率分別是13.56MHz、433.92MHz、915MHz和2.45GHz。從美軍實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展情況看，13.56MHz主要用于無源近距離產(chǎn)品，距離在1m以內(nèi)，典型應(yīng)用為電子病歷、電子身份證、貨物托盤或小型包裝識(shí)別；433.92MHz目前主要在主動(dòng)式標(biāo)簽上使用，此頻點(diǎn)除日本以外全球均可使用，符合美軍全球戰(zhàn)略要求，其有效距離在3～100m，典型應(yīng)用為物流過程的集裝箱標(biāo)簽、大型托盤標(biāo)簽及安全封簽；915MHz主要在北美使用，多為被動(dòng)式標(biāo)簽，距離在3～8m，是較為成功的產(chǎn)品，其典型應(yīng)用為車輛識(shí)別、人員身份識(shí)別和倉(cāng)儲(chǔ)物流外包裝。

　　從實(shí)際應(yīng)用效果看，因?yàn)椴煌念l率有不同的特性，單一頻率不可能適應(yīng)全部應(yīng)用。低頻標(biāo)簽?zāi)芎牡?、穿透性?qiáng)、無方向性，而UHF頻段數(shù)據(jù)傳輸快、距離遠(yuǎn)。美軍在軍事物流中針對(duì)不同應(yīng)用采用不同工作頻率的標(biāo)簽，形成射頻標(biāo)簽體系。

　　4 標(biāo)簽安全性

　　美軍通過使用方式很好地解決了安全問題，即只在標(biāo)簽中存放物品序列號(hào)。其安全方面的合理性主要體現(xiàn)在：第一，標(biāo)簽中的如序列號(hào)等數(shù)據(jù)在它沒有與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)之前，沒有值得利用的信息；第二，潛在的“敵人”不可能在3m之內(nèi)近距離接近標(biāo)簽以讀取標(biāo)簽上的信息。

　　美軍RFID軍事應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

　　1 主動(dòng)式標(biāo)簽技術(shù)已成熟，被動(dòng)式標(biāo)簽是發(fā)展方向

　　主動(dòng)式標(biāo)簽的典型產(chǎn)品是SAVI公司研制的在集裝箱上使用的雙頻主動(dòng)式標(biāo)簽，標(biāo)簽以兩種不同的頻率接收識(shí)讀器及信標(biāo)讀寫器的信號(hào)。識(shí)讀器在100m半徑范圍感應(yīng)是否有標(biāo)簽存在；而信標(biāo)讀寫器識(shí)別讀取標(biāo)簽中信息。為延長(zhǎng)標(biāo)簽的使用時(shí)間，標(biāo)簽中的電源可由信標(biāo)讀寫器在標(biāo)簽經(jīng)過時(shí)啟動(dòng)，傳送結(jié)束后標(biāo)簽進(jìn)入省電模式。

　　但主動(dòng)式標(biāo)簽體積大、造價(jià)高、電池需要維護(hù)，不適合在小型包裝及單品上使用的缺點(diǎn)也促使被動(dòng)式標(biāo)簽迅速發(fā)展。美軍已經(jīng)明確要大力發(fā)展造價(jià)低廉、最小識(shí)別距離3m的UHF頻段860～930MHz被動(dòng)式標(biāo)簽，并確定了在各種后勤裝備物資上實(shí)施的時(shí)間表。

　　2 雙頻、多頻標(biāo)簽和識(shí)讀裝置出現(xiàn)

　　實(shí)際工作中對(duì)標(biāo)簽的要求是在較大的噪聲環(huán)境中也能穩(wěn)定的工作，即具有較強(qiáng)的抗干擾能力。采用多種頻率是解決這個(gè)問題的方法之一。目前已經(jīng)出現(xiàn)能夠接收、發(fā)送兩種頻率的射頻識(shí)別標(biāo)簽。使用工作于低頻13.56MHz和超高頻860～930MHz的標(biāo)簽可以較好地提高識(shí)讀距離，并解決電磁波經(jīng)過液體和金屬被吸收的問題。

　　3 提高多目標(biāo)識(shí)別率

　　從理論上，射頻識(shí)別可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)同時(shí)識(shí)別，但在美軍實(shí)際使用中，同時(shí)識(shí)讀多個(gè)標(biāo)簽的應(yīng)用并不多。因?yàn)殡m然識(shí)讀器采用了“防沖突算法”，但在目前技術(shù)條件下，對(duì)整包或整箱物品進(jìn)行掃描需要大約30～60s。這個(gè)時(shí)間顯然還不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。即使是這樣，精度仍達(dá)不到100%。就是說，當(dāng)用識(shí)讀器掃描多個(gè)物品時(shí)，可能會(huì)有幾個(gè)被漏掉。附近打開大功率或帶電感電器設(shè)備時(shí)，可能會(huì)因其發(fā)出的電波影響而出現(xiàn)錯(cuò)誤。目前一個(gè)識(shí)讀器的識(shí)別率只能做到85%，兩個(gè)識(shí)讀器的識(shí)讀率可達(dá)到98%。如要進(jìn)一步提高識(shí)別率，可能需要增加標(biāo)簽中天線尺寸，但這樣標(biāo)簽尺寸就會(huì)相應(yīng)增加，成本也會(huì)更高。