基于窄波束天线的通信区域模型的应用研究

何小洋　张平平

摘要：本文研究了一种基于窄波束天线的通信区域识别模型及其在室内定位中的应用，把具有窄波束、高增益的阵列天线、通信区域的探测及S-CRR方法相结合应用于室内定位系统中，能够很好地提高室内定位效率以及精度。

关键词：窄波束天线;RFID;室内定位

1 引言

2020年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统的建成备受世界瞩目，人们对于定位的研究在不断深入中，同样，对于IL（Indoor Localization， 室内定位）的研究，也表现出浓厚的兴趣，但是面临着一些问题，比如说精度低、功耗高、成本高等问题，因此对于IL的探索具有十分重要的意义。对于IL面临的这些问题，有些文献采用了基于Infrared、Ultrasonic Wave、UWB等室内定位方法，也有些文献采用了基于Bluetooth、Zigbee、WiFi的室内定位方法，但是这些方法由于室内环境比较复杂，受到多径衰落、障碍物等因素的影响，定位效果不是很理想，在精度、成本、功耗等关键性指标上差强人意。近年来，人们聚焦于RFID（Radio Frequency Identification， 射频识别）技术的研究，并且尝试着应用于IL上，众多研究表明，RFID应用在IL上，在关键性指标（精度、成本、功耗）上表现出优良的性能，因此将RFID应用在IL的研究上具有重大意义。

2 研究内容

在以前研究的基础上，本文提出了一种基于窄波束天线的阅读器扫描探测和提取标签信号技术。窄波束隔空阵列天线是由多个天线阵元组成的阵列天线，采用波束赋形技术，通过改变天线单元的幅度和相位使方向图满足要求的一种技术，可以抑制垂直面上的旁瓣，减少对目标探测的干扰，并在此基础上优化了通信区域的探测方法，能够很好地提高室内定位效率以及精度。

3 实验方案

3.1 CRR的建立

我们把室内平面划分成M等份，在此基础上遵循一定的缩放规则，如图1所示，M等份体现为M小格，在每一小格的核心区域放上一块RT（RFID Tag， 射频识别标签），RR（RFID Reader， 射频识别阅读器）可以收到信号的小格视为“1”，收不到信号的视为“0”，其中阅读器是由窄波束隔空阵列天线构成的，标签与天线的频率相同，最后经过相应的处理可以得到CRR（Communication Range Recognition， 通信区域模型）。

3.2一个RT的探测

CRR确定后，在水平方向上转动RR，定时发送信号给RT，如果RT能够获取ID的信号，RT会将所获取的ID信号回传给RR，基于此，系统可以识别出存在的RT并以此作为一个观测点。如果RT不能够获取ID信号，RR将识别不了RT。

3.3 RT位置的计算

在实验中，不停地旋转RR并且定时发射信号给RT（如果在CRR内存在RT，那么RT会被识别），直到识别不到RT时停止旋转。计算RT位置时面临着两种情况，一是可以通过CRR通信边界角的相交点来确定位置;二是如果有多个相交点的话，可以通过相交点的重心来确定RT的位置。图2所示为RT位置计算示意图

4 结论

目前RFID定位技术大多采用多点测距方式实现对目标的定位，但是存在系统算法比较复杂、定位精度比较低等問题。本研究方案设计了一种基于窄波束天线的通信区域识别模型，把具有窄波束、高增益的阵列天线、通信区域的探测及S-CRR方法相结合应用于定位系统中，能够很好地解决上述问题。

参考文献

[1]赵甜甜.基于时间的超宽带室内定位算法研究[D].华东师范大学，2020.

[2]樊晓曦.无线局域网中基于信号强度的室内定位[J].中国新通信，2020，22（10）：67.

[3]张超逸.基于人工智能和近场天线的RFID标签定位方法研究[D].电子科技大学，2020.

作者简介

何小洋（1989.4-），女，江西科技学院，讲师，硕士，研究方向：计算机与通信技术。