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擺放一個參考標簽，而且需要4個以上的遠距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個參考標簽及2個遠距RFID讀取器，即可實現(xiàn)二維室內(nèi)定位，大大降低了硬件成本并彌補了GPS只能進行室外定位的不足。

　　1 研究方法

　　1.1 一維定位

　　如圖1所示，4個電子標簽#1～#4擺放位置固定。假設參考標簽#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簽#1～#4的信號強度指標(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為電子標簽所發(fā)射的瞬間功率;Gt，Gr為電子標簽及讀取器的天線增益;λ為射頻信號波長。

　　由于信號強度指標RSSI隨著功率遞增而遞增，由式(1)可假設：

　　但是，實際測量中，很難知道Ptr，Ptotal，Pref，Perr這些參數(shù)值。為了實時測量rx的值，可由預先得知的(rx1，Sx1)，(rx2，Sx2)，(rx3，Sx3)及(rx4，Sx4)四組數(shù)據(jù)，以多項式來近似式(2)中的f(sx)函數(shù)。假設：

　　由式(5)、(6)可求得系數(shù)a0，a1，a2，a3。

　　實際定位可分為下列步驟：

　　(1)由圖1中位置固定的電子標簽，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)可算出多項式的系數(shù)a0，a1，a2，a3。

　　(3)遠距讀取器所讀取的最佳RSSI值是介于0～256的整數(shù)值?？捎胹x值(0

　　1.2 二維定位

　　在一維定位的基礎上，可繼續(xù)推導出二維定位的情況。就圖2示意圖而言，使用二個遠距RFID讀取器(X，Y)及電子標簽#1～#4。假設待定位電子標簽與遠距讀取器(X，Y)的距離(rX，rY)與RSSI值(sX，sY)的關系由式(7)～(10)描述。其中系數(shù)aX0，aX1，aX2，aX3及aY0，aY1，aY2，aY3可由前述一維定位的方法推導出來。

　　由于圖2中遠距讀取器(X，Y)之間的距離固定而且已知，根據(jù)式(7)～(10)可知二維平面上待定位電子標簽的位置。根據(jù)此中位置方法，待定位電子標簽的位置也可能是圖2中水平軸以下的位置，如虛線所示。為了分辨出圖2中待定位電子標簽的水平軸上下兩個不同位置，可擺設另一讀取器。由于讀取器所讀到水平軸上電子標簽的RSSI值可區(qū)分出來，因此可分辨出水平軸以上及水平軸以下電子標簽的位置。

　　2 二維定位系統(tǒng)設計

　　該設計整體系統(tǒng)架構如圖3所示，服務器執(zhí)行RFID定位程序，同時開啟Socket通信端口，等待接收來自客戶端的一維定位數(shù)據(jù)。當Serv-er端本身得到一維定位數(shù)據(jù)，也接收到Client的一維定位數(shù)據(jù)后，再將最后定結果顯示在顯示屏上?？蛻舳耸褂们度胧较到y(tǒng)(XSCALE架構PXA-270)，主要外圍裝置有隨身碟、控制面板、RFID讀取器、IP分配器。當嵌入式系統(tǒng)啟動時，掛載隨身碟將指定的數(shù)據(jù)夾加載到內(nèi)存，并執(zhí)行設定的Shell文件，RFID定位程序執(zhí)行后，開啟通信端口并啟動RFID模塊，當RFID定位程序得到一維定位數(shù)據(jù)后，通過局域網(wǎng)傳送至Server端。

　　進行RFID定位系統(tǒng)前，讀取器與參考標簽必須擺放在固定位置。服務器端主程序啟動先讀取set.txt文件，以便預先得知參考標簽的卡號以及服務器與參考標簽的對應距離。接著，嵌入式系統(tǒng)發(fā)送命令至讀取器，以便讀取參考電子標簽的RSSI值，將所收到的RSSI值儲存至各個參考標簽專用的陣列里。當多次讀取到參考標簽的RSSI值以后，根據(jù)變異數(shù)剔除不合理的RSSI，并且保留合理的RSSI做平均，再將參考標簽RSSI值根據(jù)式(7)～(10)使用查表法求得參考標簽與讀卡器的距離。上述的程序只需做1次即可，以達到誤差校正的目的。而后執(zhí)行發(fā)送命令給讀卡器，并接收待定位標簽的卡號及RSSI值。待定位標簽讀取Num次后作變異數(shù)處理，Num值可視情況調(diào)整。服務器接收客戶端的一維定位數(shù)據(jù)后，以一維距離為依據(jù)，換算出二維定位座標。

　　客戶端執(zhí)行動作與服務器端相似，差別在于，執(zhí)行子程序時，主程序判斷標志位是否為1，若條件成立，將一維定位距離顯示在XSCALE-270的顯示屏上，由Socket端口將客戶端一維距離數(shù)據(jù)傳送至服務器端。

　　3 測試結果

　　整體系統(tǒng)功能測試在室內(nèi)實驗室進行，因空間限制，定位的距離實驗(X，Y)坐標為(3 m，2 m)及(6m，4m)兩組，服務器為原點(0，0)。每一個參考標簽讀取10組RSSI值做變異數(shù)計算距離參數(shù)，定位標簽讀取5組RSSI值做變異數(shù)再代入RSSI值求得一維估算距離。將服務器與客戶端得到的一維距離數(shù)據(jù)做換算后求得二維距離坐標，如圖4所示。

　　由圖4可觀察到定位坐標在1～30 s內(nèi)，(X，Y)坐標變化浮動大。根據(jù)電波本身的特性，知道電子標簽在固定位置不動，但RSSI值卻會有飄移的現(xiàn)象產(chǎn)生。根據(jù)此現(xiàn)象，在求得定位數(shù)據(jù)時，需增加讀取參考標簽RSSI值的次數(shù)，以求得更精確的定位數(shù)據(jù)。

　　增加讀取參考標簽RSSI值的次數(shù)為50后，定位的距離實驗(X，Y)坐標為(7 m，5 m)時實驗數(shù)據(jù)如圖5所示。定位結果發(fā)現(xiàn)準確性與穩(wěn)定性都有了較大程度的改善，證明這種解決方法有效。

　　4 結語

　　本文在一維定位的基礎上，提出RFID二維定位技術，在二維平面上只需使用4個參考標簽及2個遠距RFID讀寫器即可實現(xiàn)室內(nèi)定位。并設計了室內(nèi)定位系統(tǒng)對該算法進行實驗驗證，實驗結果得出二維定位的準確性與穩(wěn)定性都有了較大程度的改善，在降低RFID定位成本的基礎上提高了定位的性能。