基于窄波束天線的通信區域模型的應用研究

何小洋　張平平

摘要：本文研究了一種基于窄波束天線的通信區域識別模型及其在室內定位中的應用，把具有窄波束、高增益的陣列天線、通信區域的探測及S-CRR方法相結合應用于室內定位系統中，能夠很好地提高室內定位效率以及精度。

關鍵詞：窄波束天線;RFID;室內定位

1 引言

2020年7月31日，北斗三號全球衛星導航系統的建成備受世界矚目，人們對于定位的研究在不斷深入中，同樣，對于IL（Indoor Localization， 室內定位）的研究，也表現出濃厚的興趣，但是面臨著一些問題，比如說精度低、功耗高、成本高等問題，因此對于IL的探索具有十分重要的意義。對于IL面臨的這些問題，有些文獻采用了基于Infrared、Ultrasonic Wave、UWB等室內定位方法，也有些文獻采用了基于Bluetooth、Zigbee、WiFi的室內定位方法，但是這些方法由于室內環境比較復雜，受到多徑衰落、障礙物等因素的影響，定位效果不是很理想，在精度、成本、功耗等關鍵性指標上差強人意。近年來，人們聚焦于RFID（Radio Frequency Identification， 射頻識別）技術的研究，并且嘗試著應用于IL上，眾多研究表明，RFID應用在IL上，在關鍵性指標（精度、成本、功耗）上表現出優良的性能，因此將RFID應用在IL的研究上具有重大意義。

2 研究內容

在以前研究的基礎上，本文提出了一種基于窄波束天線的閱讀器掃描探測和提取標簽信號技術。窄波束隔空陣列天線是由多個天線陣元組成的陣列天線，采用波束賦形技術，通過改變天線單元的幅度和相位使方向圖滿足要求的一種技術，可以抑制垂直面上的旁瓣，減少對目標探測的干擾，并在此基礎上優化了通信區域的探測方法，能夠很好地提高室內定位效率以及精度。

3 實驗方案

3.1 CRR的建立

我們把室內平面劃分成M等份，在此基礎上遵循一定的縮放規則，如圖1所示，M等份體現為M小格，在每一小格的核心區域放上一塊RT（RFID Tag， 射頻識別標簽），RR（RFID Reader， 射頻識別閱讀器）可以收到信號的小格視為“1”，收不到信號的視為“0”，其中閱讀器是由窄波束隔空陣列天線構成的，標簽與天線的頻率相同，最后經過相應的處理可以得到CRR（Communication Range Recognition， 通信區域模型）。

3.2一個RT的探測

CRR確定后，在水平方向上轉動RR，定時發送信號給RT，如果RT能夠獲取ID的信號，RT會將所獲取的ID信號回傳給RR，基于此，系統可以識別出存在的RT并以此作為一個觀測點。如果RT不能夠獲取ID信號，RR將識別不了RT。

3.3 RT位置的計算

在實驗中，不停地旋轉RR并且定時發射信號給RT（如果在CRR內存在RT，那么RT會被識別），直到識別不到RT時停止旋轉。計算RT位置時面臨著兩種情況，一是可以通過CRR通信邊界角的相交點來確定位置;二是如果有多個相交點的話，可以通過相交點的重心來確定RT的位置。圖2所示為RT位置計算示意圖

4 結論

目前RFID定位技術大多采用多點測距方式實現對目標的定位，但是存在系統算法比較復雜、定位精度比較低等問題。本研究方案設計了一種基于窄波束天線的通信區域識別模型，把具有窄波束、高增益的陣列天線、通信區域的探測及S-CRR方法相結合應用于定位系統中，能夠很好地解決上述問題。

參考文獻

[1]趙甜甜.基于時間的超寬帶室內定位算法研究[D].華東師范大學，2020.

[2]樊曉曦.無線局域網中基于信號強度的室內定位[J].中國新通信，2020，22（10）：67.

[3]張超逸.基于人工智能和近場天線的RFID標簽定位方法研究[D].電子科技大學，2020.

作者簡介

何小洋（1989.4-），女，江西科技學院，講師，碩士，研究方向：計算機與通信技術。