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基于射频识别(RFID)技术的室内定位
基于射频识别(RFID)技术的室内定位

1、RFID技术原理
  射频识别(RFID)技术是一种操控简易、适用于自动控制领域的技术,它利用了电感和电磁耦合或雷达反射的传输特性,实现对被识别物体的自动识别。射频(RF)是具有一定波长的电磁波,它的频率描述为:kHz、MHz、GHz,范围从低频到微波不一。
2、RFID室内定位系统的基本结构
     该系统通常由电子标签、射频读写器、中间件以及计算机数据库组成,结构如图2所示。射频标签和读写器是通过由天线架起的空间电磁波的传输通道进行数据交换的。在定位系统应用中,将射频读写器放置在待测移动物体上,射频电子标签嵌入到操作环境中。电子标签上存储有位置识别的信息,读写器则通过有线或无线形式连接到信息数据库。

RFID室内定位系统结构


3、RFID室内定位技术典型系统LANDMARK
       LANDMARK系统是应用RFID的典型的室内定位系统。该系统通过参考标签和待定标签的信号强度RSSI的分析计算,利用“最近邻居”算法和经验公式计算出带定位标签的坐标。
  LANDMARK系统定位精度:平均1m。
  缺陷:LANDMARK系统有几方面缺陷,首先,系统定位精度由参考标签的位置决定,参考标签的位置会影响定位;第二,系统为了提高定位精度需要增加参考标签的密度,然而密度较高会产生较大的干扰,影响信号强度;第三,因为要通过公式计算欧几里德公式得到参考标签和待定标签的距离,所以计算量较大。
4、不同频段RFID技术适用性
    RFID常用频段包括:低频、高频、超高频、微波。针对室内定位系统,将不同频段的射频信号进行对比,结果如表1所示。

表1 不同RFID频段射频信号特性对比


     对于上述比较,本文提出以2.45GHz的微波信号搭建无线定位网络比较可行有效。2.45GHz日益受到关注和应用,其全球通用性越来越高,频宽优于其它频段,传输速率加快,而且2.45GHz天线和产品的体积越来越小,携带和使用更加方便。
5、两种基于2.45GHz频段RFID无线室内定位系统
无线局域网技术(Wi-Fi/IEEE 802.11b):
  基于IEEE802.11b标准的无线以太网已经成功进入人类社会生活中,无论校园,工作场合或是公共场所等都广泛应用了该技术。使用中只需用手机,笔记本电脑或者是PDA等就可以轻松获取无线信号。无线局域网技术也可轻松运用到室内定位系统中。在无线局域网中的AP接入点或是无线网卡都可以方便测得无线信号的强度,利用这一点可以通过匹配信号强度的方法进行定位。位置指纹法是一种常用的无线局域网室内定位技术,典型的系统是RADAR原型系统,由微软研发。
  基于RSSI技术的RADAR室内定位系统运行分两个过程,分别是先在系统覆盖区域对设置的若干个AP固定点离线采集其位置信息以及信号强度,通过有线网络传输给数据中心形成位置指纹数据库,再对实时待测物所测算得到信号强度利用最近邻居法分析匹配出其位置。
  精度:2~3m。缺陷:采集数据工作量大,而且为了达到较高的精度,固定点AP的位置测算设置比较繁琐。
ZigBee/IEEE 802.15.4:
  ZigBee技术应用于较短距离无线通信,主要面向无线个人区域网(PAN),网络系统在应用中表现出近距离,低功耗,低成本等特征,这些都可以满足室内定位系统是通过在传感器网络中布置参考节点,移动节点构成系统的,参考节点为静态节点,它们发送位置信息和RSSI值给移动待测节点,该节点将数据写入定位模块,分析计算得到自身位置。该系统常采用分布式节点设置,可以减少网络数据工作量和通信延迟的问题。
  精度:2m以内,平均1m。缺陷:网络稳定性还有待提高,易受环境干扰。
    总结:射频识别技术用在室内定位系统中较为合适,实现起来比较方便,定位精度让人满意,且造价较低,在研究典型系统LANDMARK系统的基础上,今后可针对其缺陷进行改进,利用2.45GHz搭建无线网络实现定位,尽量提高定位效率和精度。其中,当属ZigBee技术尤其适合研究室内定位系统,其构造简单,布置简便,性能优良,而且系统功耗非常小,定位效果也可以方便地达到应用需求,对于ZigBee的室内定位系统的设计改进还有待于研究开发,它将是研究RFID技术的良好案例和应用。

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