RFID定位方案中的Wi-Fi運用

基于信號強度的定位算法是用一個(gè)位置已知的參考標簽與待定位Wi-Fi終端的標簽接收同一個(gè)AP接入點(diǎn)的定位信號。參考標簽所測得的位置與該點(diǎn)已知值進(jìn)行比較后，獲得讀寫(xiě)器的定位數據的校正值，然后及時(shí)將此校正值發(fā)送給待定位的標簽，修正標簽所測得的實(shí)時(shí)位置信息S,并將此信息上傳給讀寫(xiě)器。在此過(guò)程中始終保持只有一個(gè)讀寫(xiě)器工作，其余的讀寫(xiě)器處于休眠狀態(tài)，當一個(gè)讀寫(xiě)器完成位置信息采集后，再由其他讀寫(xiě)器完成同樣的過(guò)程，這種定位方式下至少需要進(jìn)行3次位置信息的采集。假設信號強度公式與讀寫(xiě)器和標簽之間的距離有關(guān)，則簡(jiǎn)單信號傳播模型可用式（1）表示：

P(r )= (P )-10alog(r/0r)(1)

式中， P（r）為標簽接收到的信號功率； r為標簽與讀寫(xiě)器的距離； r0 為相對于讀卡器的參考距離； P（r）0 為該參考點(diǎn)的信號功率， 參數a 為路徑損耗隨著(zhù)距離r 的增加而增加的速率。需要指出的是，通過(guò)該模型計算出的某個(gè)位置信號強度往往被估計得過(guò)高，實(shí)用性不大，比較實(shí)用的信號強度模型在文獻[6~7]中有比較詳細的介紹。

采用到達時(shí)間差（TDOA）算法是通過(guò)測量不同讀卡器接收到同一標簽的定位信號的時(shí)間差，并由此計算出標簽到不同讀寫(xiě)器的距離差。標簽到任何兩個(gè)讀寫(xiě)器的距離差D為定值，標簽必定位于兩個(gè)讀寫(xiě)器為焦點(diǎn)的雙曲線(xiàn)上，當同時(shí)有N個(gè)讀寫(xiě)器參與測距時(shí)（N≥3），由多個(gè)雙曲線(xiàn)之間的交匯區域就是對標簽位置的估計。TDOA只是測量各讀寫(xiě)器接收到的同一標簽定位信號的到達時(shí)間差，參加定位的各個(gè)讀寫(xiě)器在時(shí)間上不要求嚴格同步。假定測量第i 個(gè)讀寫(xiě)器和第j個(gè)讀寫(xiě)器的到達時(shí)間分別為 TAi 和TAj ,那么信號到達第i 個(gè)和第j 個(gè)讀寫(xiě)器的時(shí)間差就是 TAji = TAi -TAj , 它們的距離差Rji = C*TAji .則標簽坐標與讀寫(xiě)器坐標存在如下關(guān)系：

解上述方程組， 利用基于信號強度定位算法算出的坐標值及一些先驗知識（如室內半徑）從其兩個(gè)解中分辨出Wi-Fi終端的具體位置。

2 . 2 基于位置距離和角度的定位方案

文獻[5]中，P.Munishwar等人提出了一種基于RFID的機器人定位方案，我們在此工作基礎上提出了一種可以運用在Wi-Fi系統中的終端定位方案。該方案與基于信號強度的定位方案的不同在于引入了方向角的計算，通過(guò)距離和角度信息來(lái)實(shí)現Wi-Fi終端的定位。在Wi-Fi系統中需要設置了一個(gè)或多個(gè)傳感器，用來(lái)跟蹤待定位終端的運動(dòng)，這些傳感器可以通過(guò)串行接口進(jìn)行查詢(xún)，并返回自上次查詢(xún)之后終端的運動(dòng)距離和角度信息。

內置在Wi-Fi終端內的RFID標簽允許待定位終端確定它的絕對位置（x,y），而位置的不確定性等于RFID讀寫(xiě)器的最大標簽感知半徑。

系統定期運行算法一次（比如50ms），來(lái)獲取和處理傳感器和RFID讀寫(xiě)器的數據。

通過(guò)RFID技術(shù)定期的重新校準終端位置和角度數據，每次定位算法運行時(shí)，它讀取傳感器兩次查詢(xún)之后的距離和角度差值變化，并把變化值分別累加到已知的位置和角度上，并且復位傳感器。傳感器可以從標簽兩次測量的坐標（x1,y1）、（x2,y2）來(lái)判斷它的運動(dòng)方向，即：

如果終端在一條直線(xiàn)上運動(dòng)， 那么△θRFID等于0,最后根據終端的位置和角度信息， 我們就可以對終端進(jìn)行定位。圖3 給出了該定位算法的結構化圖示。

圖3 基于終端位置和角度的定位算法框圖

3 結語(yǔ)

本文主要探討了基于Wi-Fi的RFID定位系統的定位解決方案，主要對基于信號強度的定位方案以及基于距離和方向角的定位方案，相關(guān)試驗結果表明：這兩種定位算法都可以達到精度為1 米左右的定位誤差，可以滿(mǎn)足室內定位的精度需求，并且鑒于RFID設備在軟硬件成本上的優(yōu)勢，RFID定位解決方案具有廣泛的實(shí)用潛力。