基于Wi-Fi的RFID定位方案探討

　　圖2 基于信號(hào)強(qiáng)度的定位算法框圖

　　基于信號(hào)強(qiáng)度的定位算法是用一個(gè)位置已知的參考標(biāo)簽與待定位Wi-Fi終端的標(biāo)簽接收同一個(gè)AP接入點(diǎn)的定位信號(hào)。參考標(biāo)簽所測(cè)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(shù)據(jù)的校正值，然后及時(shí)將此校正值發(fā)送給待定位的標(biāo)簽，修正標(biāo)簽所測(cè)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(dāng)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(shè)信號(hào)強(qiáng)度公式與讀寫(xiě)器和標(biāo)簽之間的距離有關(guān)，則簡(jiǎn)單信號(hào)傳播模型可用式（1）表示：

　　P（r ）= （P ）-10alog（r/0r）（1）

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

　　采用到達(dá)時(shí)間差（TDOA）算法是通過(guò)測(cè)量不同讀卡器接收到同一標(biāo)簽的定位信號(hào)的時(shí)間差，并由此計(jì)算出標(biāo)簽到不同讀寫(xiě)器的距離差。標(biāo)簽到任何兩個(gè)讀寫(xiě)器的距離差D為定值，標(biāo)簽必定位于兩個(gè)讀寫(xiě)器為焦點(diǎn)的雙曲線上，當(dāng)同時(shí)有N個(gè)讀寫(xiě)器參與測(cè)距時(shí)（N≥3），由多個(gè)雙曲線之間的交匯區(qū)域就是對(duì)標(biāo)簽位置的估計(jì)。TDOA只是測(cè)量各讀寫(xiě)器接收到的同一標(biāo)簽定位信號(hào)的到達(dá)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(yán)格同步。假定測(cè)量第i 個(gè)讀寫(xiě)器和第j個(gè)讀寫(xiě)器的到達(dá)時(shí)間分別為 TAi 和TAj ，那么信號(hào)到達(dá)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(biāo)簽坐標(biāo)與讀寫(xiě)器坐標(biāo)存在如下關(guān)系：

　　解上述方程組， 利用基于信號(hào)強(qiáng)度定位算法算出的坐標(biāo)值及一些先驗(yàn)知識(shí)（如室內(nèi)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(xiàn)［5］中，P.Munishwar等人提出了一種基于RFID的機(jī)器人定位方案，我們?cè)诖斯ぷ骰A(chǔ)上提出了一種可以運(yùn)用在Wi-Fi系統(tǒng)中的終端定位方案。該方案與基于信號(hào)強(qiáng)度的定位方案的不同在于引入了方向角的計(jì)算，通過(guò)距離和角度信息來(lái)實(shí)現(xiàn)Wi-Fi終端的定位。在Wi-Fi系統(tǒng)中需要設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)傳感器，用來(lái)跟蹤待定位終端的運(yùn)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(yùn)動(dòng)距離和角度信息。

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

　　系統(tǒng)定期運(yùn)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(shù)據(jù)。

　　通過(guò)RFID技術(shù)定期的重新校準(zhǔn)終端位置和角度數(shù)據(jù)，每次定位算法運(yùn)行時(shí)，它讀取