浅析无源RFID的定位技术

RFID是一种非接触式识别技术，采用了无线射频信号读取和传输RFID电子标签所存储的信息，广泛应用于物流追踪、交通运输、商场货物管理、物品定位等领域。根据场所的具体情况，按需要均匀的部署辅助的RFID电子标签和读写器。一般可以通过两种途径来表示辅助RFID标签离RFID读写器的距离远近。

 

第一种是使用可以通过调节能量层来调节读写距离的RFID读写器，每一个辅助RFID标签在何能量层上被RFID读写器读取到，这一能量层数据就表示出这个辅助RFID标签离RFID读写器的距离远近。能量层数据越小，辅助RFID标签离RFID读写器越近；能量层数据越大，辅助RFID标签离RFID读写器越远。

 

第二种是根据RFID读写器发送信号至读取到RFID标签信息之间的延迟来表示辅助RFID标签离RFID读写器的距离远近。延迟时间越短，辅助RFID标签离RFID读写器的距离越近；延迟时间越长，辅助RFID标签离RFID读写器的距离越远。

 

 

RFID标签分为有源和无源，有源标签由于标签带有电源，信号处理也能做得比较复杂，定位精度会高很多。能在理想情况下达到覆盖100米范围，定位误差5米左右，主要通过三角定位来完成，但这个领域也完全可以使用诸如UWB，ZigBee等等节点完成定位。无源RFID标签由于标签自身没有计算能力，所有信号处理都要受限于RFID读写器接收到的反射信号，因此信号处理算法选择余地会小很多。且因为RFID读写器识别范围基本上在20米范围以内，一般是无源标签的定位使用较少。

 

RFID室内定位是通过已知位置的RFID读写器，对标签进行定位，可以分为非测距方法和测距方法。基于测距的方法是指通过各种测距技术对目标RFID设备与各RFID标签之间的实际距离进行估计，再通过几何方式来估计目标设备的位置。常用的基于测距的定位方法有：利用到达时间信息的定位（分为TOA、TDOA）、基于信号强度信息（RSSI）定位、基于信号到达角（Angle of Arrival，AOA）等。这些技术与UWB、Wi-Fi中采用的技术原理一致，只是RFID信号的传播距离受到能量的约束而非常近，一般只有几米到几十米距离。

 

其中，非测距方法是指前期搜集场景的信息，然后将获取到的目标与场景信息进行匹配，从而对目标进行定位。典型的实现方式是参考标签法和指纹定位法，其中参考标签法常用的算法是质心定位法，指纹定位法与Wi-Fi定位、Beacon定位等技术中采用的基本相同。在定位空间布置一些RFID读写器，RFID读写器的位置已知，当目标RFID标签进入场景时，同时有多个RFID读写器能够读到目标RFID标签信息，这些RFID读写器的位置和连线组成一个多边形，这个多边形的质心即可认为是目标RFID标签的位置坐标。质心定位算法实现步骤简单且易操作，但是定位精度比较低，常用于对定位精度要求不高，RFID硬件设备有限的场景。

 

 

基于RFID技术的定位方法的优点在于成本低廉，有源RFID标签成本通常在几十元，而无源RFID标签成本可以做到几元钱，且标签体积很小，通常制作成薄片的形状，且RFID射频信号穿透性较强，可进行非视距通信。RFID系统的通信效率很高，相比与Wi-Fi和Zigbee等需要网络接入的系统，一个RFID读写器，可以再1秒时间内完成上百个标签的读写。相比于ZigBee、蓝牙和Wi-Fi无线定位技术，RFID的节点成本更低，定位速度更快，但是其通信能力较弱，因而RFID定位特别适用于需要简单的标记对象，但不需要进行大量数据通信的场合。

 

但是，现有的利用RFID技术的定位系统有许多缺点，定位误差大，系统部署复杂，容易受到环境影响等，如基于RSSI的定位方法受限于RSSI自身波动较大和对环境干扰敏感，精度很难进一步提升，基于TOA和TDOA的定位方法，对时间测量的精确性要求较高，但是由于无源RFID系统的低通信速率，很难观测到精准地时间。总的说来，RFID定位技术适用范围窄，定位精度差，用于实际的案例较少。

 

 

由上图可知，各种定位技术的核心特点都是精度。目前大部分技术基本都已经成熟了，只是大家需要根据不同使用场景和定位精度以及系统造价来选择合适的定位方案就好。

 

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