基于RFID的二維室內(nèi)定位算法的實(shí)現(xiàn)

　　0引言

　　目前RFID定位主要采用LANDARC及其衍生的方法。較常采用的方法是在一個二維平面上，每隔1～2 m擺放一個參考標(biāo)簽，而且需要4個以上的遠(yuǎn)距RFID讀取器，硬件成本較高。本文提出另一種方法，在二維平面上只需使用4個參考標(biāo)簽及2個遠(yuǎn)距RFID讀取器，即可實(shí)現(xiàn)二維室內(nèi)定位，大大降低了硬件成本并彌補(bǔ)了GPS只能進(jìn)行室外定位的不足。

　　1研究方法

　　1.1一維定位

　　如圖1所示，4個電子標(biāo)簽#1～#4擺放位置固定。假設(shè)參考標(biāo)簽#1～#4與讀取器的距離分別為rx1，rx2，rx3，rx4，讀取器接收到電子標(biāo)簽#1～#4的信號強(qiáng)度指標(biāo)(RSSI)分別為Sx1，Sx2，Sx3，Sx4.由于在室內(nèi)，RFID讀取器除了接收電子標(biāo)簽直線傳輸功率外，也接收了反射功率Pref以及誤差功率Perr.因此RFID讀取器所接收到源自某一電子標(biāo)簽的總功率Ptotal可表示為：

　　式中：Perr為除了反射因素以外所造成的誤差;Ptr為電子標(biāo)簽所發(fā)射的瞬間功率;Gt，Gr為電子標(biāo)簽及讀取器的天線增益;λ為射頻信號波長。

　　圖1 室內(nèi)一維定位的遠(yuǎn)距RFID讀取

　　由于信號強(qiáng)度指標(biāo)RSSI隨著功率遞增而遞增，由式(1)可假設(shè)：

　　但是，實(shí)際測量中，很難知道Ptr，Ptotal，Pref，Perr這些參數(shù)值。為了實(shí)時(shí)測量rx的值，可由預(yù)先得知的(rx1，Sx1)，(rx2，Sx2)，(rx3，Sx3)及(rx4，Sx4)四組數(shù)據(jù)，以多項(xiàng)式來近似式(2)中的f(sx)函數(shù)。假設(shè)：

　　由式(5)、(6)可求得系數(shù)a0，a1，a2，a3.

　　實(shí)際定位可分為下列步驟：

　　(1)由圖1中位置固定的電子標(biāo)簽，可以得出(rx1，Sx1)，(rx2，Sx2)，(rx3，Sx3)及(rx4，Sx4)四組數(shù)據(jù)。

　　(2)由式(5)、(6)及這四組數(shù)據(jù)可算出多項(xiàng)式的系數(shù)a0，a1，a2，a3.

　　(3)遠(yuǎn)距讀取器所讀取的最佳RSSI值是介于0～256的整數(shù)值。可用sx值(0

　　1.2二維定位

　　在一維定位的基礎(chǔ)上，可繼續(xù)推導(dǎo)出二維定位的情況。就圖2示意圖而言，使用二個遠(yuǎn)距RFID讀取器(X，Y)及電子標(biāo)簽#1～#4.假設(shè)待定位電子標(biāo)簽與遠(yuǎn)距讀取器(X，Y)的距離(rX，rY)與RSSI值(sX，sY)的關(guān)系由式(7)～(10)描述。其中系數(shù)aX0，aX1，aX2，aX3及aY0，aY1，aY2，aY3可由前述一維定位的方法推導(dǎo)出來。

　　由于圖2中遠(yuǎn)距讀取器(X，Y)之間的距離固定而且已知，根據(jù)式(7)～(10)可知二維平面上待定位電子標(biāo)簽的位置。根據(jù)此中位置方法，待定位電子標(biāo)簽的位置也可能是圖2中水平軸以下的位置，如虛線所示。為了分辨出圖2中待定位電子標(biāo)簽的水平軸上下兩個不同位置，可擺設(shè)另一讀取器。由于讀取器所讀到水平軸上電子標(biāo)簽的RSSI值可區(qū)分出來，因此可分辨出水平軸以上及水平軸以下電子標(biāo)簽的位置。

　　圖2 二維定位的示意圖