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。

圖1 室內一維定位的遠距RFID讀取

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（0

1.2二維定位

在一維定位的基礎上，可繼續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，根據式（7）～（10）可知二維平面上待定位電子標簽的位置。根據此中位置方法，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。

圖2 二維定位的示意圖

2二維定位系統設計

該設計整體系統架構如圖3所示，服務器執行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據。當Serv-er端本身得到一維定位數據，也接收到Client的一維定位數據后，再將最后定結果顯示在顯示屏上。客戶端使用嵌入式系統（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。當嵌入式系統啟動時，掛載隨身碟將指定的數據夾加載到內存，并執行設定的Shell文件，RFID定位程序執行后，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據后，通過局域網傳送至Server端。

進行RFID定位系統前，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，嵌入式系統發送命令至讀取器，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，根據變異數剔除不合理的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。而后執行發送命令給讀卡器，并接收待定位標簽的卡號及RSSI值。待定位標簽讀取Num次后作變異數處理，Num值可視情況調整。服務器接收客戶端的一維定位數據后，以一維距離為依據，換算出二維定位座標。

客戶端執行動作與服務器端相似，差別在于，執行子程序時，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據傳送至服務器端。

3測試結果

整體系統功能測試在室內實驗室進行，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值做變異數計算距離參數，定位標簽讀取5組RSSI值做變異數再代入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據做換算后求得二維距離坐標，如圖4所示。

圖4 二維距離坐標

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

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

圖5 優化后的坐標

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讀寫器即可實現室內定位。并設計了室內定位系統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。