欢迎访问深圳市芯创益技术有限公司!

服务热线:13691762133

手机版
使用手机扫一扫
新闻中心

RFID无线定位方法

您的当前位置: 首 页 >> RFID新闻中心 >> RFID无线定位方法

RFID无线定位方法

发布日期:2020-07-18 16:18:45 作者:Ling 点击:383

RFID无线定位方法
     工作在UHF频段的RFID系统可以借鉴比较成熟的无线定位方法。与传统的无线定位方法一样,按照定位方式的不同,RFID无线定位方法可分为三大类:时间信息定位(TOA和TDOA)、信号强度信息定位(RSSI)和到达角度定位(AOA)。

1.利用到达时间信息的定位方法
   在这种定位方法中,阅读器利用测量标签发射的无线电波的到达时间来进行定位。按照定位原理的不同,它可以分为到达时间定位(TOA)和到达时间差定位(TDOA)。
1)到达定位(TOA)
     由于已知电磁波在自由空间的传播速度 c(3×l08m/s),若阅读器测得电磁波从标签到阅读器的传播时间为Δtl、Δt2、Δt3,则标签到各阅读器的距离即为 Ri=cΔti(i=1、2、3)。而且系统已知阅读器的位置坐标(xi,yi),则根据几何原理,标签一定位于以阅读器 i 所在位置为圆心,Ri 为半径的圆周上,如图 7-23 所示,即标签位置(x0,y0)与阅读器位置(xi,yi)之间满足如下关系:
联立方程式就可以求出标签的位置坐标(x0,y0)。
2)到达时间差定位(TDOA)
阅读器Reader1、Reader2与标签之间的距离差可以通过测量得出,即通过测出从两个阅读器同时发出的信号到达目标标签的时间差t21来确定。R21=ct21。其中,c为电磁波在空中的传播速度。根据几何原理,在已知阅读器和标签之间的距离差时,标签必定位于以两阅读器Reader1和Reader2为焦点、与两个焦点的距离差恒为R21的双曲线对上。当同时知道阅读器Reader1、Reader3与标签的距离差R31=ct31时,可以得到另一组以两阅读器Reader1和Reader3为焦点、与该两个焦点距离差为R31的双曲线对,如图7-20所示,两组双曲线的交点代表对标签位置的估计。
在TDOA中,标签坐标(x0,y0)和阅读器坐标(xi,yi)(i=1、2、3)求解该方程组即得到标签的位置坐标。

2.利用到达场强信息的定位方法
    根据电磁波传播理论,考虑标签到阅读器的上行链路,如果标签在自由空间中以额定功率辐射电磁波,则根据Friis传输理论,空间任一点的接收功率或场强(功率正比于场强的平方)仅与距离有关。自由空间传播模型为式中,Pt 表示标签的发射功率;Pri表示第 i 个阅读器接收到的功率;λ表示电磁波的波长;Gt、Gri分别表示标签及第 i 个阅读器天线的增益;Di是标签到第 i 个阅读器的距离。在实际系统中,由于 Pt、λ、Gt、Gri都是已知的,可以测量得到,因此可以根据式(7-16)计算出标签到阅读器距离Di。
三个阅读器Reader1、Reader2、Reader3的位置坐标均已知,通过测量标签到达阅读器的电波功率可以由式(7-16)计算出三个阅读器到标签的距离D1、D2、D3。这样标签的位置就在分别以三个阅读器为圆心,以D1、D2、D3为半径的圆的交点处。
根据到达场强信息定位的方法有两种:经验定位和信号传播模型定位。
1)经验定位
采用经验定位时,物体定位的全过全过程分为两个阶段。
      第一个阶段是离线状态阶段,即数据收集阶段。在系统覆盖的范围内取一些关键的位置作为参考点Pn(n是参考点的总数),然后把移动终端摆在这些位置确定的参考点上,系统中的三个阅读器分别接受移动终端发来的信号强度s1、s2、s3,三个阅读器接收的信号强度和移动终端当前所在的参考点的位置信息一并发往后台数据库。数据库为参考点建立这样的数据记录(s1,s2,s3,Pn),n从1取到N。可以看出这个过程是个学习积累经验的过程,参考点的数目和位置的选取会直接影响到物体定位的精度。
      第二阶段是数据处理阶段,即实时的物体定位过程。当移动终端处在某个位置时,系统中的三个阅读器将测得 RF 信号强度(s1,s2,s3)和当前时间 t 作为时间戳一起送往数据库,这个时间戳用于对移动的物体进行实时的追踪。数据库将送来的(s1,s2,s3)依次与每条记(S1,S2,S3,Pn)做R=sqrt[(S1-s1)×(S1-s1)+(S2-s2)×(S2-s2)+(S3-s3)×(S3-s3)],找出R值最小的k条记录,则k位置的均值就是估算出来的物体位置。
2)信号传播模型定位
    信号传播模型定位的目的是减少定位对经验数据的依赖。其定位过程是:结合具体的应用环境在Rayleigh衰减模型、Rician分布模型等中选取一个或者设计一个新的信号传播模型,利用合适的信号传播模型为参考位置计算出理论上的信号强度。实时的定位过程与经验定位相似,不同之处是R值是由接收信号强度和按传播模型计算得到的强度来计算的。虽然其信号传播的定位精度不如经验定位,但是不需要经验定位在离线阶段做的大量测量工作。3.利用到达角信息的定位方法
到达角(Angle of Arrival,AOA)定位方法是指每一个阅读器都安装天线天线阵列,阅读器通过阵列天线测出从标签到2个以上阅读器的传输路径的到达方向(电波的入射角)来获得位置信息。通常标签处于天线阵元的远区场,因此可近似地将标签的来电磁波波前看做平面波,则间隔位置为 d的相邻阵元所接收到的来自同一标签的到达角为θ的相位差φ为式中,λ表示空中传播的无线信号的波长。根据式(7-17)测量不同阵元接收信号的相差φ,可得到来波信号的到达角θ。根据两个阅读器接收到同一个标签信号的到达角信息,可以利用几何知识计算出标签的位置,阅读器 Reader1、Reader2 测得的无线电波的到达角为α1、α2 ,标签位于分别经过阅读器 Reader1、Reader2 且以 tan(α1)、tan(α2)为斜率的直线交点处。
AOA定位方法
RFID定位常用的定位方法TOA、TDOA和AOA的工作原理,其定位精度、受环境影响情况和使用条件的比较如下。
(1)TOA定位方法的定位精度高,但标签和阅读器在时间上要保持精确同步;此外,在室内,由于阻挡物较多,所以阅读器有可能收不到标签发出的信号;室内用户之间的距离较短,而且存在较严重的反射、衍射和绕射等非直线传播情况,加上同一用户信号的各条多径分量时间上相当接近,因此,精确定位更困难。
(2)TDOA定位方法的定位精度高,但要求所有参与定位的阅读器之间必须完全时间同步;此外,在室内,由于阻挡物较多,所以阅读器有可能收不到标签发出的信号;室内存在着较为严重的多径和噪声,以及参考时钟的精确性,都将会使距离估计的效果变差。
(3)基于场强定位方法的定位精度不高,但系统容易搭建,在定位要求不高的情况下无须修改标签和阅读器的硬件配置;在室内,由于阻挡物的存在,所以接收信号的强度受到较大影响;经验法所需时间成本高,前期需要一个较长的经验积累的阶段,后期需要搜索数据库,若改变室内布局则需重新积累;信号传播模型法虽然不需要做大量测量工作,但需要制作室内信号传播模型,若改变室内布局则需重新建模型。
(4)AOA定位方法为了高精确地测量无线信号的到达角度,其阅读器必须安装昂贵的接收天线阵列,因此所需成本较高;在室内非视距(NLOS)情况下,由于周围的物体或墙体的阻挡,会使AOA定位出现很大的定位误差,所以AOA技术不适用于低成本的室内定位系统。

本文网址:http://www.hysrfid.com/article/RFIDwuxiandingweifangfa.html

关键词: RFID无线定位方法RFID定位.RFID

服务热线  13691762133
服务热线  13691762133服务热线 13691762133
微信二维码
手机二维码
返回顶部
返回顶部返回顶部