基于RFID的二維室內(nèi)定位算法的實(shí)現(xiàn)

摘要：為了克服全球定位系統(tǒng)(GPS)對室內(nèi)定位的盲點(diǎn)，在RFID一維定位的理論基礎(chǔ)上推導(dǎo)出二維的室內(nèi)定位算法，只需在室內(nèi)擺放4個參考標(biāo)簽及兩個遠(yuǎn)距RFID讀取器即可實(shí)現(xiàn)二維定位，大大降低了系統(tǒng)的硬件成本。另外，基于RFID技術(shù)設(shè)計了一套嵌入式室內(nèi)定位系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)對二維定位方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到遠(yuǎn)距RFID讀取器的不同二維坐標(biāo)下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了減小RSSI值受電波的影響引起定位的不穩(wěn)定，算法中通過增加讀取參考標(biāo)簽RSSI值的次數(shù)的方法進(jìn)行改善。通過對數(shù)據(jù)的分析可得，該算法可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確及穩(wěn)定的二維室內(nèi)定位。
關(guān)鍵詞：二雛室內(nèi)定位；無線射頻識別；嵌入式定位系統(tǒng)；RSSI

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。

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(0sx256)，根據(jù)式(3)、(4)先算出所估測的距離rx，然后將已算出的(sx，rx)關(guān)系參數(shù)存儲。待實(shí)際測量時，將此關(guān)系參數(shù)代入即可得到估測的距離rx。