基于RFID技术的位置感知中定位方法概述

付志学,纪 秀,2,赵吉业

（1.长春工程学院 电气与信息工程学院；2.吉林省配电设备自动化产业公共技术研发中心,长春 130012；3.国网重庆电力有限公司江津分公司,重庆 400000）

0 引言

RFID技术是一种基于无线射频的自动识别技术，它可以通过无线信号的发射、获取来识别需要定位的特定目标，并且可以读取目标携带的有关数据[1]。RFID技术有着诸多的优点：成本低廉、非视距、非接触、定位精度高。

1 RFID技术概述

（1）RFID系统组成。RFID（Radio Frequency Identification）技术，又被称为无线射频识别技术，它是一种无线通信技术，RFID技术不需要识别系统和特定目标建立机械或者光学接触就能识别特定目标并且读写相关的数据，常用的频段有：低频（125K~134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频（2.4Ghz）等。

一个典型的RFID定位系统主要有以下部分组成：数据处理端、定位标签、读写器、以及天线等[2]。每个部分的组成和功能如下所述：

定位标签：标签主要有耦合单元和处理芯片组成，每个芯片里存储有该标签的电子编码，以及相关数据，可分为有源、无源和半有源三种标签。

阅读器：阅读器的任务是通过无线射频发射和接收来读取定位标签的电子编码以及标签里存储的数据，然后将所得的识别信息连同获得的标签数据传输到数据处理端以供处理。

天线：天线用来在标签和阅读器之间进行无线射频信号的传递。

数据处理端：软件管理人员可以通过相关的应用软件来对RFID系统进行设置，同时获得位置信息。

（2）RFID定位技术的应用。自从第一个实用的RFID电子收费系统在挪威进行了应用尝试后，RFID技术的应用领域得到了不断的发展。

目前，基于RFID技术的定位应用己被扩展到工业生产制造、物流配送、交通运输、医疗监护、质量追踪和资产管理等应用领域。并在定位跟踪、自动扫描等无人自动管理领域具有广泛的应用前景。RFID技术的进步对我国的国民经济发展将会起到巨大的推动作用。

2 RFID定位算法

RFID定位流程：RFID读写器向周围的空间发射射频信号，当某一个标签进入射频范围内的时候，由于电磁耦合原理，标签的天线接收到信号能量，将其转变为微弱的感应电流，为RFID芯片提供能量；获得能量的芯片读取标签内部的电子编号和存储数据，通过内置的天线，将数据以无线射频信号的方式反射回去，读写器对接收到的反射信号进行解调和解码；读写器通过有线或无线的方式将有关数据传输到计算机系统进行处理，经过一定的定位算法可以得到标签的位置。

定位算法：RFID定位算法可以分为基于测距算法（Range-based）定位和非测距算法（Range-free）定位两大类。常用的测距算法有RSSI，TOA，TDOA和 AOA四种[3]。

（1）信号接收功率（RSSI）。RSSI算法是根据读写器读取的信号功率来计算读写器与标签之间距离信息的[4]。信号强度定位系统很容易搭建，但是其精度偏低，不适合高精度场合，同时在空间中，并非总是空旷状态，传播信号容易产生衍射效应，从而大大影响定位精度。

（2）信号到达时间（TOA）。TOA算法是一种根据标签之间信号传播时间来计算标签之间距离，进而通过三边测量得出标签位置的方法，该算法需要3个以上的参考点位置。TOA算法在精度上比较高，但是由于需要各个标签和阅读器之间时间上要保持同步，所以对硬件配置的要求较高。

（3）信号到达时间差（TDOA）。TDOA算法是一种根据计算不同节点到达目标物体的时间之差来定位的算法，当信号从某个发射节点发射出信号后，不同的接收节点接收到信号的时间是不同的，通过求解时差的方程组便可得定位节点的位置信息。TDOA算法并不需要各个标签和阅读器在时间保持同步，应此该算法应用范围较TOA算法广。但是TDOA算法同样有着非视距NLOS和多经传播问题，影响定位精度。

（4）信号到达角（AOA）。AOA算法是利用阵列天线来进行定位的。在无线电波传播时候，无线电波的到达方向可以测定出来，此时这个信号便在这条线上，当有2个基站的时候，2条直线相交于一点 ，这个交点便是我们希望定位到的目标位置。由于阵列天线定向能力强，所以该算法的定位精度比较高，但是，由于阵列天线的部署成本高昂，同时当存在大量阻挡物和非视距影响作用下，AOA的方向测量误差较大。

3 RFID定位方法发展展望

定位服务需求的增长，对基于RFID的定位技术提出了新的要求。高精度、轻质量、小体积、低延时、响应速度快、抗干扰能力强同时具有较高的信息安全的可靠性，这些要求日益凸显[5]。对此，基于RFID的定位技术需要在如下方面进一步发展：（1）对各类的定位算法，需要进一步的加强算法的研究和改进，提高算法精度，根据应用环境的变化，灵活地引入算法因子，改善特性物理量对算法精度的影响[6]。同时加强对三维空间的RFID定位算法的研究；（2）根据具体的应用环境，灵活的选择合适的RFID定位方案，这是目前发展的趋势；（3）在未来RFID定位系统中，单一系统对大规模目标的跟踪将会越发普及，这将对处理终端的运算能力提出更高的要求，同时，也对终端软件的设计开发提出了进一步的要求；（4）随着物联网技术的发展，普适计算的概念已逐步深入社会发展的方方面面[7]，构建普适环境下的RFID定位系统网络，亦成为未来应用研究的一个重点。

4 结束语

与其他的定位技术相比，RFID定位在成本、精度上有着巨大的优势，有着极强的发展潜力。本文针对RFID位置感知系统中定位方法进行了简单的阐述，指出了影响RFID系统定位精度的因素，同时对RFID定位技术的未来发展趋势做出了展望。RFID产业近些年来都保持着高速的发展，预计到2015年，我国RFID行业市场将达到373亿元的规模，而RFID定位技术作为RFID产业中最关键的技术，亦将得到人们越来越多的关注和科研投入。

[1]"Radio Frequency Identification (RFID) home page" http://www. aimglobal.org/technologies/rfid.

[2]肖竹,王东,李仁发,易克初.物联网定位与位置感知研究[J].中国科学：信息科学，2013(10):1265-1287.

[3]李俊.基与RFID的室内定位系统的研究和设计[D].电子科技大学,2009.

[4]顾嘉,钱钰博,孙厚芳,王婧.工装室内定位技术研究[J].北京理工大学学报,2010,9(30):1057-1059.

[5]曹轶超.无线电定位算法研究及目标运动分析[D].东华大学,2010.

[6]汪炀.无线传感器网络定位技术研究[D].中国科学技术大学,2007.

[7]宁焕生,徐群玉.全球物联网发展及中国物联网建设若干思考[J].电子学报,2010(38):2590-2599.

项目支持：吉林省科技厅重点科技攻关项目20130206049GX ，吉林省工业和信息化厅计划项目（2013295-07）