射频识别技术及其在室内定位中的应用

杜强，史添玮，任玲，郜亚鑫，岳鹏博，肖建博

（1.辽宁科技大学计算机与软件工程学院，辽宁 鞍山 114051；2.辽宁科技大学创新创业学院，辽宁 鞍山 114051）

0 引言

随着民工业通信电子信息网络技术和民用工业电子通信设备设计制造工程技术以及工艺的不断进步快速发展和广泛应用普及，定位精度从二十几米可以提高至达到几十米都已经可以被拥有。目前采用传统的新型RFID室内空间定位数据跟踪信息系统主要是一种以传统计算机数据为技术基础，集合了传统RFID空间数据采集，RFID空间数据处理与信息传输、GIS室内空间信息分析和数据查询等信息技术逐步形成的新型智能信息技术跟踪系统。其精确定位计算依据主要是通过结合图中RFID两种信号的定位接收距离信号强度、相位等相关参数，利用这种定位数据算法可以完成接收距离和信号方位的精确计算。室内自动安全定位系统相关技术非常实用，具有较大的国际市场应用拓展性和应用推广空间，其相关技术应用领域覆盖范围广泛，在复杂城市建筑使用环境下，如城市公共图书馆，体育馆，地下公交车库，货品仓储运输中心仓库等都已经完全可以轻松松地实现对建筑工作人员以及重要危险物品的快速准确自动定位。

1 RFID 的工作原理

RFID识别系统，即一种新型射频网络信号直接识别，包括两个组成部分：一个直接标签转发器（或直接转换标签），包含我们同时可以通过这个直接RF识别系统直接读取的所有询问数据；一个直接标签询问器（或直接标签读取数据转写器），可以直接我们读取这个直接转发器的所有询问数据。

这两个网络部分之间进行通信的特定网络方式（系统称为"耦合机制"）直接决定了系统的网络覆盖范围、复杂性和系统成本。目前，市场上主要存在三种电感耦合传输机制：正向电感散射耦合、电容散射耦合和反向电感散射电容耦合。

1.1 电感耦合

电感磁场耦合调制标签从电感读数转写器驱动产生的电感磁场中自动提取电感信息并对其取值进行信号调制。读写器通过输入标签码来测量无线电波，并将其进行解码转换为数据[1]。这些电子系统中通常使用的线性磁场电感会迅速精度下降，使得基于电感和磁耦合的有效信号识别精度范围约上限为1cm。

1.2 电容耦合

当大型电磁感应控制系统逐渐成为应用市场上唯一的最佳选择时，电容电磁耦合感应系统及其独特的属性，可以有效降低设计成本，减小能量射频识别的尺寸[2]，随着传统电感兼容电路的不断萎缩，有限的传感电容系统的应用市场也在不断萎缩。事实上，大多数新的射频识别耦合系统都可以使用某种特殊形式的耦合电容器进行耦合。

1.3 反向散射耦合

反向微波散射信号耦合模型是描述雷达工作原理的一模型，读写器可以发射或输出mmuhf或多种微波散射信号，这些微波信号在触碰到雷达目标后就被反射，同时它们携带的是回放在目标上的信息，依据的规律是雷达电磁波的三维空间反向传播运动规律。

2 基于射频识别（RFID）的室内图像定位识别技术

2.1 RFID室内定位系统的基本结构

射频系统通常由射频电子标签、射频数据读/译器、中间件和通用计算机中的数据库软件组成。在射频定位系统的应用中，射频定位读数翻译器直接放置在待检测的运动物体上，射频电子标签可以嵌入应用到整个操作系统环境中。电子标签上传器存储了所有具体位置信息识别的相关信息，读器和写器则通过有线或无线通信形式进行连接发送到电子信息处理数据库[3]。

2.2 RFID室内定位技术典型系统LANDMARK

LANDMARK系统定位是实际应用基于RFID的一种典型的室内自动定位系统。该系统通过计算参考直线标签和带有待定位点标签的直线信号强度和对RSSI的数值分析进行计算，利用"最近邻居"统计算法和应用经验计算公式进行计算并得出带有待定位点和标签的直线坐标。LANDMARK系统定位精度：平均1m。

3 RFID 定位系统

3.1 取决于数据定位系统目标基于数据库的组件类和库的数据类型

RFID各种类的数据定位系统大致意义上来说可以划分为以下两类：一是通过数据标签和特定数据库的阅读器方式进行数据定位。对于每个功能标签准确进行定位，在每个用户可能需要的精确区域内用户可以通过部署功能标签信息阅读器来预测标签可能的准确位置标签使其位置可以作为精确定位时的参考点，定位数据分析处理技术据此精确定位估算每个功能标签的准确坐标位置。LANDMARK本过程系统人员可以通过使用固定的不同每次读取目标功率点的参考功力阅读器和每次读取目标参考功率阅读器的标签对不同工作功率进行不同场景功率测量进行分析，阅读器操作系统人员可以通过手动改变不同每次读取功率点的测量范围，对每次读取不同参考功率阅阅阅读标签和每次读取不同目标功率参考阅读标签分别进行做一个larsss的场景测量，选择最近的两个功率参考作为阅读器的标签，将它们的平均值和读取功率位置分别测量出来作为每次读取不同目标功率参考阅读标签的测量标准进行定位。如果一个自动定位器的两个目标点和设备位置是地RFID作为定位器的阅读器，那么将使用具有表示已知一个定位位置坐标的主动式或被动式两个定位标签分别用来作为这个定位器的参考点，它们的RFID分别作为定位关联点以及其位置坐标作为参考信息。

3.2 RFID的不足

在下行链路调制发射标签链路中，读取器的每个调制发射天线（以下称为调制发射器）通过发射用作电源和调制器的发射天线载波来向每个发射标签之间的连接供电。在上行调制发射标签链路中，每个调制发射天线标签上的每个接收器感受到一个调制载波作为电源，并且通过恒定调制改变每个标签天线的反射系数极其有限位置，以使其反向发射用于载波散射。在一些没有载波干扰的特殊条件或者情况下，阅读器最大载波范围可以用于进行视频解码的最大功率载波范围接收功率干扰值的范围参数可以定义是：Rmax = argmax RSS(d)≥th,th,这是成功进行解码的最高阈值[4]。

部署RFID多点定位系统之前我们应该首先考虑到，多个点标签多个环境同时进行跟踪的时间限制将会比较突出。电磁波在不同环境条件下的运动特点直接影响到了RFID标签系统的应用性能。

3.3 RFID定位系统架构

定位自动检测系统方法架构可以基于检测人员或基于业务网络，前者每个检测人员系统负责自动收集和分析处理所有信息数据来自动检测他的具体位置，后者由一个专用定位服务器系统负责自动收集所有检测数据，推算出每个检测人员的具体位置。选择时首先考虑的主要影响因素包括有混合处理数据能力、隐私和数据可持续扩展性、链路数据质量，RFID数据系统架构包括数据标签、阅读器和数据服务器，我们已经提出一种数据混合处理体系，该架构可以作为一个折中，比如管理人员和一个专用在线定位数据服务器同时一起参与专用定位数据处理[5]。

每个注册用户需要根据用户引用的列表位置信息和标签位置坐标的不同存储数据库接收检索到的参考标签。定位分析服务器用RFID定位分析算法分别计算和输出坐标位置上的数据，返回传送给每个用户。阅读器和多个标签之间的有线通信通过一个阅读器的i-rf界面进行实现，阅读器和标签服务器之间的无线通信则是尽可能通过多个阅读器的通信接口，对于多通道模式通信设备，标签消息列表和目标位置数据估算器的消息数据可以在多个用户终端设备无线通信接口上进行交换[6-7]。

这种系统架构效果并非总是最佳，如果不同用户和无线定位系统服务器之间的无线定位媒体不够健壮，不能成功相互交换定位信息，此时基于不同用户的定位方式可能会更有效。这种应用情况下，新建的用户系统可以自动选择接收发送到每个标签的具体部署位置信息，根据目标定位分析算法进行估算并找出自己的目标位置[8]。

4 结语

综上所述，随着科学应用信息网络技术不断取得迅猛发展，信息网络管理服务器的运行质量高和工作效率不断得到提高，受任何外界条件干扰的影响程度小，使用RFID技术进行定位，成为了近年来应用较为广泛的室内定位技术。