RFID室内定位技术详解

来源：十域室内定位

RFID作为物联网的支撑技术之一，是一种无需直接接触地识别技术，采用了无线射频信号读取和传输电子标签所存储的信息，RFID技术具有非视距传输、识别速度快等特点，而RFID技术中用到的存储信息的电子标签具有体积小、成本低廉、可重复使用等优点。广泛应用于物流追踪、交通运输、商场货物管理、物品定位等领域。RFID系统由RFID标签和RFID阅读器组成，常用的RFID标签和RFID阅读器分别如Figure 1和Figure 2所示。

RFID系统框架：
RFID系统框架如Figure 3所示。RFID标签分为有源和无源，有源标签可以算是比较广义的RFID，由于标签自身有源，信号处理也能做得比较复杂，定位精度会高很多。能在理想情况下达到覆盖100米范围，定位误差5米左右，主要通过三角定位来完成，但这个领域也完全可以使用诸如uwb，ZigBee等等节点完成定位。无源标签是大多数时候所指的RFID，由于标签自身没有计算能力，所有信号处理都要受限于读写器接收到的反射信号，因此信号处理算法选择余地会小很多。且因为读写器识别范围基本上在10米范围以内，一般是非常精细的定位才会研究无源标签的定位。
Figure 3 RFID系统框架图

RFID室内定位技术
基于RFID的室内定位方法就是通过已知位置的读写器，对标签进行定位，可以分为非测距方法和测距方法。基于测距的方法是指通过各种测距技术对目标设备与各标签之间的实际距离进行估计，再通过几何方式来估计目标设备的位置。常用的基于测距的定位方法有：基于信号到达时间（Time of Arrival，TOA）定位、基于信号到达时间差（Time Difference of Arrival，TDOA）定位、基于RSSI定位、基于信号到达角（Angle of Arrival，AOA）等。这些技术与UWB、Wi-Fi中采用的技术原理一致，只是RFID信号的传播距离受到能量的约束而非常近，一般只有几米到几十米距离。
非测距方法
非测距方法是指前期搜集场景的信息，然后将获取到的目标与场景信息进行匹配，从而对目标进行定位。典型的实现方式是参考标签法和指纹定位法，其中参考标签法常用的算法是质心定位法，指纹定位法与Wi-Fi定位、Beacon定位等技术中采用的基本相同。质心定位法原理如Figure 4所示，在定位空间布置一些读写器，读写器的位置已知，当目标标签进入场景时，同时有多个读写器能够读到目标标签信息，这些读写器的位置和连线组成一个多边形，这个多边形的质心即可认为是目标标签的位置坐标。质心定位算法实现步骤简单且易操作，但是定位精度比较低，常用于对定位精度要求不高，硬件设备有限的场景。
Figure 4质心定位原理图

RFID技术定位优点
基于RFID技术的定位方法的优点在于成本低廉，有源RFID标签成本通常在几十元，而无源RFID标签成本可以做到几元钱，且标签体积很小，通常制作成薄片的形状，且RFID射频信号穿透性较强，可进行非视距通信。RFID系统的通信效率很高，相比与Wi-Fi和Zigbee等需要网络接入的系统，一个RFID读写器，可以再1秒时间内完成上百个标签的读写。相比于ZigBee、蓝牙和Wi-Fi无线定位技术，RFID的节点成本更低，定位速度更快，但是其通信能力较弱，因而RFID定位特别适用于需要简单的标记对象，但不需要进行大量数据通信的场合。
RFID技术定位缺点
但是，现有的利用RFID技术的定位系统有许多缺点，定位误差大，系统部署复杂，容易受到环境影响等，如基于RSS的定位方法受限于RSS自身波动较大和对环境干扰敏感，精度很难进一步提升，基于TOA和TDOA的定位方法，对时间测量的精确性要求较高，但是由于无源RFID系统的低通信速率，很难观测到精准地时间。总的说来，RFID定位技术适用范围窄，定位精度差，用于实际的案例较少。
地磁定位技术
相比与基于RFID技术的定位方法，地磁定位不需要任何硬件设备，定位目标也无需添加任何标签，适用于任何复杂情况和超大室内场景，定位精度高，一次获取场景的数据之后，无需再进行额外的维护，成本极低。杭州十域科技正是基于地磁室内定位技术的定位服务及数据服务提供商，由多位海内外知名学者联合创办，应用功能丰富，旨在为用户提供数字化人员定位系统整体解决方案。