基于RFID的室內定位系統研究

摘 要：文章是基于無源電子標簽的RFID室內無線定位技術的研究。首先簡述了當前使用的各種定位技術的優缺點與研究RFID室內定位技術的重要性，然后對RFID室內定位技術做了簡單概述，最后細述了文章的主要研究流程。

關鍵詞：RFID；室內定位；無線通信

引言

定位系統是將硬件、軟件、通信協議、定位算法等多種技術相互結合的復雜系統。[1]譬如我國的北斗衛星定位系統、歐盟的伽利略衛星定位系統、俄羅斯的格洛納斯衛星定位系統、美國的全球定位系統等皆是當今世界極其成功且重要的定位系統。但是，這些定位系統只在室外才可發揮其高精度的定位功能，而當處在室內時，由于室內建筑物彼此遮擋等多種不利因素的存在，使得上述定位系統無法對室內環境進行覆蓋，因而幾乎無法在室內環境成功定位。目前較為成功的室內定位技術主要有：室內A-GPS定位系統、紅外技術、超聲波技術、藍牙技術、Wi-Fi技術、Zigbee技術、超寬帶技術和RFID技術等。[2]而RFID定位技術能在短時間內識別大量的標簽，短距離接觸即可完成信息的交換和處理，因此在室內定位方面非常受歡迎。[3]也因此RFID憑借其獨特的優勢，逐漸在工業自動化、商業自動化、交通運輸控制管理、金融交易、倉儲管理等數十個領域得到廣泛應用。[4]

1 RFID定位技術概述

無線射頻識別（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）技術是一種通過無線電信號來識別特定物體的通信技術，即射頻電子設備發射電磁波信號，電磁波信號通過空間耦合來自動識別目標對象，獲取相關數據并在顯示終端進行顯示。該技術在各方面應用廣泛，而基于這個特點提出的RFID室內定位技術更是現今科學研究的熱門之一。[5]一般而言，一個完整的RFID系統主要由閱讀器（又稱讀寫器）、電子標簽和應用系統三部分組成，其基本工作原理是：閱讀器和電子標簽之間通過射頻信號實現非接觸通信信道，在通信信道內實現數據與能量的轉換。[6]其中電子標簽又可分為有源、無源或半有源電子標簽，由于無源電子標簽價格低廉、使用簡單、操作方便、壽命較長，因此文章研究的是無源電子標簽在RFID定位中的實現手段。

在所有定位技術中，可分為測距定位技術和無需測距定位技術，而參考依據為是否要測量閱讀器與電子標簽的距離。無需測距的定位技術不需要直接測量參考電子標簽之間的距離或角度信息，而是根據定位網絡的連通性確定網絡中參考電子標簽之間的跳數，然后根據已知參考標簽的位置信息估計出每一跳的大致距離，再根據相應的定位算法估計出節點在網絡中的位置。[7]基于無需測距定位技術原理簡單，便于研究，且在大部分場合其精度可滿足所需的定位要求的優點，文章研究無需測距的RFID室內定位技術。

2 RFID室內定位系統概述

RFID的室內定位系統，該系統包括一臺室內位置顯示終端，一個嵌入有RFID讀卡器和微型無源RFID標簽的鞋子，嵌入了無源RFID標簽的地板和無線通信網絡組成。鞋子獲得地板RFID標簽的信息和自身的RFID標簽信息后，通過無線網絡發送到室內位置顯示終端，在終端圖形化界面上顯示用戶的當前位置，從而實現精準的室內定位。

2.1 RFID室內定位系統的基本結構

本系統有三個部分：RFID卡片（無源電子標簽），讀寫器，后臺處理器，如圖1所示。

（1）RFID卡片：采用厚度為1.8mm，工作頻率為125KHZ，內部由耦合元件及芯片構成的RFID卡片，卡片含內置天線。每張卡片都有其特定的序列號。工作時，RFID卡片接受讀寫器的射頻信號，將存儲在芯片中的電子信息通過天線以射頻信號的形式反饋給讀寫器[1]。

（2）讀卡器：由天線，藍牙模塊，以及基本的電路連接組成，與電源連接，主要通過射頻信號的發出，使RFID卡片感應出電流來獲得能量，然后將存儲在芯片中的電子信息通過天線以射頻信號的形式反饋給讀寫器[1]，由此進行對RFID卡片的識別與分析。而讀寫器通過藍牙模塊的信號傳輸，可將RFID內部的信息傳輸到后臺處理器。

（3）后臺處理器：手機，電腦等電子設備，通過接收來自讀寫器的信息，依靠本身設計的算法對來自RFID卡片的信息進行處理和分析，并通過軟件自身設計的程序把數據具象化的呈現給使用者。

2.2 研究流程

在文章所涉及的研究內容中，其研究流程如下：

（1）測定電子標簽ID號。電子標簽是RFID定位系統中存儲目標信息并具有無線通信功能的電子裝置，每個電子標簽都有唯一的ID號碼。首先利用閱讀器和應用系統測出各個芯片的ID號碼，這相當于一個譯碼過程，即把每個電子標簽攜帶的ID號碼讀取出來。

（2）安置電子標簽。為節約研究材料和實驗時間，首先取來一塊木板并進行模擬房屋設計（如圖2），在房屋的不同地方放置不同芯片（1，2，3，4，5，6等），使得整個房屋地板被電子標簽覆蓋。

（3）開發應用程序。將房屋中各處放置的標簽及其ID號碼一一對應編寫，在應用程序中編寫相同的房屋形狀設計，并在應用程序中對應的地方編輯相應的ID號碼。

（4）測試。將手持式閱讀器放入房屋之中不斷移動，當閱讀器處在不同地方之時，便可感應不同地方的電子標簽信息，讀取出其攜帶的ID號碼，并在應用程序上實時顯示出閱讀器所在的位置。

3 結束語

由于RFID室內定位技術具有非視距、免接觸、高速識別、定位精準等諸多優點，且在使用過程中方便簡易，資金耗用較低，因而將在今后室內定位技術的發展中扮演高度重要的角色，而且在車輛識別、門禁控制、產品防偽、停車場管理等諸多方面都已得到重要應用。隨著社會的發展與人們生活需求的提高，RFID室內定位技術還將在KTV、網吧、舞廳等娛樂場所得到進一步應用，至于圖書館管理系統、物流系統、醫療系統等更是其大展拳腳之地。

參考文獻

[1]李魏峰.基于RFID的室內定位技術研究[D].上海交通大學，2010.

[2]哈卡米.基于RFID的室內定位算法研究[D].浙江工業大學，2014.

[3]陳宇琦.RFID測距的研究與應用[D].廣東工業大學，2012.

[4]林敏.RFID標簽定位技術研究[D].江蘇大學，2007.

[5]Klaus Finkenzeller.射頻識別技術[M].北京：電子工業出版社，2006.

[6]費先江.基于RFID技術的室內無線定位識別系統的研發[D].華南理工大學，2015.

[7]徐渠.基于RFID技術的室內定位系統研究與設計[D].南京理工大學，2013.

作者簡介：吳志勇，男，大學生，研究方向是無線電物理學。

*通訊作者：鄭譽煌，男，博士，研究方向是工業自動化。