[实用新型]一种无源RFID定位装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及RFID技术领域，尤其涉及一种无源RFID定位装置。

背景技术

随着无线技术、移动计算工具的快速发展，人们对位置信息和定位服务有了越来越多的需求，对定位信息的要求也是越来越细致准确。但是室外定位技术，类似于GPS之类的应用渐渐不能满足应用的需求，室内定位技术受到越来越多人的关注。通过RFID实现室内定位成了人们的一个研究方向。

RFID又称射频识别技术，是一种非接触式的自动识别技术。定位管理被认为是无线射频识别技术(RFID)的一个重要发展方向，RFID技术在实现定位管理系统的灵活性、可维护性和可扩展性方面具有巨大的潜力。基于RFID的定位管理系统必须能够根据不同应用的需求进行快速部署,并且能够快速有效地生成位置信息。RFID标签具有体积小、读写范围广、寿命长、抗干扰能力强等特点，可支持快速读写、移动识别、多目标识别、唯一表示等。与GPS等成熟的定位技术相比，RFID更适合应用于室内定位。

目前GPS系统提供的定位精度是优于10米，虽然GPS定位系统发展的比较成熟，在民用领域中的应用也越来越广泛。但由于GPS定位原理的限制,GPS接收器至少要从3个卫星上获取信号，然后根据信号画出三角坐标。在空旷的场地上，接收器能够畅通无阻地收到卫星发出的信号，这时候GPS的接收效果就会很好，但如果有高山、建筑或者隧道挡在接收器和卫星之间，GPS的接收效果就会很差。在室内有需求的情况下，还是需要新型定位技术，以满足更加精准的室内要求。

目前，RFID定位可以有以下三个方法，但都存在各种缺陷而不能实用化：

方法一：强度法

通过获得发射机发射的信号到达目标再返回发射机的接受信号强度RSSI,由接受信号强度得出标签到阅读器的距离。图1是利用接受信号强度测距的示意图。接受信号强度Pr由公式(1)决定。Pt是标签的发射功率，Gt是标签天线增益，Gr是读写器天线增益。根据公式(1)，在读写器发射功率一定，标签天线增益及读写器天线增益已知的情况下，通过测试接受信号强度Pr可以推导出标签到读写器天线的距离。

若有三个以上的读写器天线，然后根据三边定位法或多边定位法解出目标标签的位置。但是，这个方法存在的问题是接受信号强度可靠性及重复性太差，这是由几个因素决定的：不同标签的灵敏度都不一样；接受信号强度会由不同传播路径的信号构成，差异性很大；测量噪声很大等等。由于这些困难，强度法进行室内定位难以实用化。

方法二：飞行世间法(TOA)

飞行世间法通过获得发射机发射的信号到达目标再返回发射机的时间,由传播时间得出标签到阅读器的距离。然后根据三边定位法或多边定位法解出目标标签的位置。

TOA定位算法是基于TOA圆周方程，通过圆与圆之间交线的不同组合，构造出不同的定位方程。从几何模型上分析，如果移动台s到基站i的信号在视距情况下传播，测得的距离为Di，移动台一定位于以基站i为圆心，Di为半径的圆周上，当有3个基站坐标时，TOA的测量方程为：

式中，(xi，yi)为第i个基站的坐标，(xs，ys)为移动台s的坐标。

其几何图形如图2所示。但是，该算法要求标签和阅读器要同步,其次环境的复杂性会导致多径效应并降低系统的定位精度；同时时间法对时间测量精度要求很高，目前一般超高频RFID读写器很难达到要求。

方法三：角度法Angle of Arrival(AOA)

角度法(AOA-Angle of Arrival)的定位方法是每一个阅读器都安装天线阵列，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波波前看作是平面波，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。如图3所示，相位差为

其中λ表示空中传播的无线信号的波长。根据前面测量不同阵元接收信号的相差，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Tag信号的到达角信息，可以利用几何知识计算出标签的位置。如图4所示，阅读器Reader1、Reader2测得的无线电波的到达角为1、2，标签位于分别经过阅读器Reader1、Reader2且以tan(1)、tan(2)为斜率的直线交点处。但是，超高频RFID的天线方向性不是很好，而且难以客服不同路径、阴影等影响，因此其实用化也很难。

实用新型内容