基于RFlD標(biāo)簽的定位原理和技術(shù)
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2．2 場景分析法
場景分析法由兩個(gè)步驟組成：(1)收集相關(guān)的環(huán)境信息。(2)通過把實(shí)時(shí)測量值與指紋集相匹配來估計(jì)待定位點(diǎn)的位置。常用的有基于信號強(qiáng)度的指紋識別技術(shù)。指紋識別技術(shù)主要分為K-近鄰法和概率統(tǒng)計(jì)法。
K-鄰居法：首先，測量已知位置的接收信號強(qiáng)度值，并且建立RSS數(shù)據(jù)庫。然后，在實(shí)時(shí)測量階段，用待定位點(diǎn)的RSS值與之前建立的信號空間相匹配，利用均方根法尋找K個(gè)最近值，確定出待定位點(diǎn)的位置。
概率統(tǒng)計(jì)法：依據(jù)后驗(yàn)概率和貝葉斯準(zhǔn)則，假設(shè)有Ⅳ個(gè)位置作為測量參考點(diǎn)，測量待定位點(diǎn)移動(dòng)時(shí)的信號強(qiáng)度矢量，選擇概率最高的作為待定位點(diǎn)的位置。一般來說，概率統(tǒng)計(jì)方法涉及4個(gè)階段：校準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)、誤差估計(jì)和歷史追蹤。
2．3 鄰近法
這種方法主要依賴天線的排列密度。當(dāng)待定位點(diǎn)進(jìn)入到一個(gè)接收機(jī)天線輻射區(qū)域時(shí)，它的位置假定為此接收機(jī)位置。當(dāng)有多個(gè)天線檢測到待定位點(diǎn)時(shí)，待定位點(diǎn)的位置假定為接收信號最強(qiáng)的接收機(jī)位置。這種方法簡單且較易實(shí)現(xiàn)，但是，準(zhǔn)確性與天線相關(guān)。
3 射頻識別定位方法
目前已提出有多種不同的RFID方法，這些方法把室內(nèi)定位原理與RFID技術(shù)自身的特性相結(jié)合。
RFID定位方法可以分為：距離估計(jì)法、場景分析法、約束法。
3．1 距離估計(jì)法
(1)SpotON：SpotON系統(tǒng)采用可調(diào)整的長距離主動(dòng)RFID標(biāo)簽，多個(gè)讀寫器收集標(biāo)簽的信號強(qiáng)度測量值，通過定義的函數(shù)來估計(jì)標(biāo)簽與讀寫器之間的距離，使用最小二乘法進(jìn)行計(jì)算。
(2)SAW ID—tags：表面聲波識別標(biāo)簽全部是無源標(biāo)簽，標(biāo)簽采用脈沖壓縮和編碼技術(shù)。測定每個(gè)標(biāo)簽脈沖反應(yīng)的頻率，接著標(biāo)簽重新傳送相關(guān)信號。重傳信號有一個(gè)自相關(guān)峰值，產(chǎn)生幅度值最高的脈沖響應(yīng)標(biāo)簽就是待定位點(diǎn)的標(biāo)簽。基于信號到達(dá)時(shí)間的方法測量每個(gè)讀寫器i與標(biāo)簽之間的距離如式(1)所示。
其中，Tsys是系統(tǒng)的時(shí)間延時(shí)；Tcable,i是預(yù)校準(zhǔn)脈沖期間接收天線和解調(diào)器之間電纜傳輸延時(shí)；TSAW是所有標(biāo)簽的時(shí)間延時(shí)。有3個(gè)估計(jì)距離時(shí)，系統(tǒng)用三邊測量法定位標(biāo)簽。
(3)LPM：本地位置測量系統(tǒng)采用有源標(biāo)簽，讀寫器與已知固定位置的參考標(biāo)簽(RT)同步運(yùn)行。在收到激活指令后，選定的測量標(biāo)簽(MT)在時(shí)刻TMT響應(yīng)。每個(gè)讀寫器Ri相應(yīng)的時(shí)間差值通過式(2)計(jì)算
計(jì)算至少3個(gè)讀寫器的時(shí)間差值，用加權(quán)平均法估計(jì)標(biāo)簽的位置。
(4)RSP：RSP也稱為波達(dá)方向(Direction of Arrival，DOA)，利用接收機(jī)處的陣列天線和波達(dá)方向估計(jì)技術(shù)，確定接收機(jī)到信源的波達(dá)方向，利用多個(gè)接收機(jī)估計(jì)的DOA進(jìn)行三角測量，方向線的交點(diǎn)就是信源的估計(jì)位置。
3．2 場景分析法
(1)LANDMARC：LANDMARC系統(tǒng)主要采用K-近鄰法。已知位置的參考標(biāo)簽規(guī)則地分布在室內(nèi)，讀寫器有8個(gè)不同的能量等級，通過比較讀寫器接收到待定位標(biāo)簽與參考標(biāo)簽信號強(qiáng)度值的大小來找出離待定位標(biāo)簽最近的幾個(gè)參考標(biāo)簽。
式(4)表示了參考標(biāo)簽與待定位標(biāo)簽的關(guān)系，n表示讀寫器的數(shù)量；Si表示讀寫器i接收到待定位標(biāo)簽的RSS值；θj,i表示讀寫器i接收到參考標(biāo)簽j的RSS值。根據(jù)這幾個(gè)參考標(biāo)簽的坐標(biāo)，并結(jié)合它們的權(quán)重用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算標(biāo)簽的位置。LANDMARC系統(tǒng)具有很高的定位精度，可擴(kuò)展性好，能處理比較復(fù)雜的環(huán)境，但由于信號的多路徑效應(yīng)，定位精度不高；為了定位更加準(zhǔn)確，往往要放置更多的參考標(biāo)簽，需要增加成本，并且可能產(chǎn)生射頻干擾現(xiàn)象。
(2)VIRE：核心思想是在不增加額外參考標(biāo)簽的情況下，通過去掉不可能的位置以得到待定位物體更精確的位置。與LANDMARC不同的是，VIRE引入了近似圖的概念，近似圖覆蓋整個(gè)定位區(qū)域，并且劃分為多個(gè)小區(qū)域，其中每個(gè)區(qū)域的中心對應(yīng)著一個(gè)虛擬參考標(biāo)簽。每一個(gè)閱讀器都有一幅對應(yīng)的近似圖，如果閱讀器讀到的近似圖中某些區(qū)域的RSS值與讀到的待定位標(biāo)簽RSS值差的絕對值在某個(gè)閾值之內(nèi)，則將這些區(qū)域標(biāo)記。假設(shè)有k個(gè)閱讀器，則在獲得k幅近似圖之后，通過取交集可以得到待定位標(biāo)簽最可能在的區(qū)域。若最后得到的區(qū)域數(shù)為n，則可以通過式(5)算出待定位標(biāo)簽的坐標(biāo)。
其中，權(quán)重w=w1i×w2i；w1i表示虛擬參考標(biāo)簽和被定位標(biāo)簽偏差；w2i是最后所得區(qū)域密度的相關(guān)函數(shù)。VIRE方法引入了虛擬參考標(biāo)簽的概念，使得在不增加額外標(biāo)簽的前提下提高了定位精度，VIRE方法對環(huán)境也有較好的適應(yīng)性，在復(fù)雜和封閉的環(huán)境中也有較高的精度。
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