RFID定位方案中的Wi-Fi運(yùn)用

基于信號強(qiáng)度的定位算法是用一個位置已知的參考標(biāo)簽與待定位Wi-Fi終端的標(biāo)簽接收同一個AP接入點(diǎn)的定位信號。參考標(biāo)簽所測得的位置與該點(diǎn)已知值進(jìn)行比較后，獲得讀寫器的定位數(shù)據(jù)的校正值，然后及時將此校正值發(fā)送給待定位的標(biāo)簽，修正標(biāo)簽所測得的實(shí)時位置信息S,并將此信息上傳給讀寫器。在此過程中始終保持只有一個讀寫器工作，其余的讀寫器處于休眠狀態(tài)，當(dāng)一個讀寫器完成位置信息采集后，再由其他讀寫器完成同樣的過程，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)信號強(qiáng)度公式與讀寫器和標(biāo)簽之間的距離有關(guān)，則簡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(biāo)簽接收到的信號功率； r為標(biāo)簽與讀寫器的距離； 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(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，通過該模型計(jì)算出的某個位置信號強(qiáng)度往往被估計(jì)得過高，實(shí)用性不大，比較實(shí)用的信號強(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)時間差（TDOA）算法是通過測量不同讀卡器接收到同一標(biāo)簽的定位信號的時間差，并由此計(jì)算出標(biāo)簽到不同讀寫器的距離差。標(biāo)簽到任何兩個讀寫器的距離差D為定值，標(biāo)簽必定位于兩個讀寫器為焦點(diǎn)的雙曲線上，當(dāng)同時有N個讀寫器參與測距時（N≥3），由多個雙曲線之間的交匯區(qū)域就是對標(biāo)簽位置的估計(jì)。TDOA只是測量各讀寫器接收到的同一標(biāo)簽定位信號的到達(dá)時間差，參加定位的各個讀寫器在時間上不要求嚴(yán)格同步。假定測量第i 個讀寫器和第j個讀寫器的到達(dá)時間分別為 TAi 和TAj ,那么信號到達(dá)第i 個和第j 個讀寫器的時間差就是 TAji = TAi -TAj , 它們的距離差Rji = C*TAji .則標(biāo)簽坐標(biāo)與讀寫器坐標(biāo)存在如下關(guān)系：

解上述方程組， 利用基于信號強(qiáng)度定位算法算出的坐標(biāo)值及一些先驗(yàn)知識（如室內(nèi)半徑）從其兩個解中分辨出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，我們在此工作基礎(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，通過距離和角度信息來實(shí)現(xiàn)Wi-Fi終端的定位。在Wi-Fi系統(tǒng)中需要設(shè)置了一個或多個傳感器，用來跟蹤待定位終端的運(yùn)動，這些傳感器可以通過串行接口進(jìn)行查詢，并返回自上次查詢之后終端的運(yùn)動距離和角度信息。

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位置（x,y），而位置的不確定性等于RFID讀寫器的最大標(biāo)簽感知半徑。

系統(tǒng)定期運(yùn)行算法一次（比如50ms），來獲取和處理傳感器和RFID讀寫器的數(shù)據(jù)。

通過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，它讀取傳感器兩次查詢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(fù)位傳感器。傳感器可以從標(biāo)簽兩次測量的坐標(biāo)（x1,y1）、（x2,y2）來判斷它的運(yùn)動方向，即：

如果終端在一條直線上運(yùn)動， 那么△θRFID等于0,最后根據(jù)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(jié)構(gòu)化圖示。

圖3 基于終端位置和角度的定位算法框圖

3 結(jié)語

本文主要探討了基于Wi-Fi的RFID定位系統(tǒng)的定位解決方案，主要對基于信號強(qiáng)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(yàn)結(jié)果表明：這兩種定位算法都可以達(dá)到精度為1 米左右的定位誤差，可以滿足室內(nèi)定位的精度需求，并且鑒于RFID設(shè)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。