基于RFID的二維室內定位算法的實現

摘要：為了克服全球定位系統(GPS)對室內定位的盲點，在RFID一維定位的理論基礎上推導出二維的室內定位算法，只需在室內擺放4個參考標簽及兩個遠距RFID讀取器即可實現二維定位，大大降低了系統的硬件成本。另外，基于RFID技術設計了一套嵌入式室內定位系統，通過該系統對二維定位方法進行實驗驗證，得到遠距RFID讀取器的不同二維坐標下的實驗數據。為了減小RSSI值受電波的影響引起定位的不穩定，算法中通過增加讀取參考標簽RSSI值的次數的方法進行改善。通過對數據的分析可得，該算法可以實現準確及穩定的二維室內定位。
關鍵詞：二雛室內定位；無線射頻識別；嵌入式定位系統；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，即可實現二維室內定位，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，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)四組數據，以多項式來近似式(2)中的f(sx)函數。假設：

由式(5)、(6)可求得系數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)四組數據。
(2)由式(5)、(6)及這四組數據可算出多項式的系數a0，a1，a2，a3。
(3)遠距讀取器所讀取的最佳RSSI值是介于0～256的整數值。可用sx值(0sx256)，根據式(3)、(4)先算出所估測的距離rx，然后將已算出的(sx，rx)關系參數存儲。待實際測量時，將此關系參數代入即可得到估測的距離rx。