基于RFID的二维室内定位算法的实现

摘要：为了克服全球定位系统(GPS)对室内定位的盲点，在RFID一维定位的理论基础上推导出二维的室内定位算法，只需在室内摆放4个参考标签及两个远距RFID读取器即可实现二维定位，大大降低了系统的硬件成本。另外，基于RFID技术设计了一套嵌入式室内定位系统，通过该系统对二维定位方法进行实验验证，得到远距RFID读取器的不同二维坐标下的实验数据。为了减小RSSI值受电波的影响引起定位的不稳定，算法中通过增加读取参考标签RSSI值的次数的方法进行改善。通过对数据的分析可得，该算法可以实现准确及稳定的二维室内定位。
关键词：二雏室内定位；无线射频识别；嵌入式定位系统；RSSI

0 引言
目前RFID定位主要采用LANDARC及其衍生的方法。较常采用的方法是在一个二维平面上，每隔1～2 m摆放一个参考标签，而且需要4个以上的远距RFID读取器，硬件成本较高。本文提出另一种方法，在二维平面上只需使用4个参考标签及2个远距RFID读取器，即可实现二维室内定位，大大降低了硬件成本并弥补了GPS只能进行室外定位的不足。

1 研究方法
1．1 一维定位
如图1所示，4个电子标签#1～#4摆放位置固定。假设参考标签#1～#4与读取器的距离分别为rx1，rx2，rx3，rx4，读取器接收到电子标签#1～#4的信号强度指标(RSSI)分别为Sx1，Sx2，Sx3，Sx4。由于在室内，RFID读取器除了接收电子标签直线传输功率外，也接收了反射功率Pref以及误差功率Perr。因此RFID读取器所接收到源自某一电子标签的总功率Ptotal可表示为：

式中：Perr为除了反射因素以外所造成的误差；Ptr为电子标签所发射的瞬间功率；Gt，Gr为电子标签及读取器的天线增益；λ为射频信号波长。

由于信号强度指标RSSI随着功率递增而递增，由式(1)可假设：

但是，实际测量中，很难知道Ptr，Ptotal，Pref，Perr这些参数值。为了实时测量rx的值，可由预先得知的(rx1，Sx1)，(rx2，Sx2)，(rx3，Sx3)及(rx4，Sx4)四组数据，以多项式来近似式(2)中的f(sx)函数。假设：

由式(5)、(6)可求得系数a0，a1，a2，a3。
实际定位可分为下列步骤：
(1)由图1中位置固定的电子标签，可以得出(rx1，Sx1)，(rx2，Sx2)，(rx3，Sx3)及(rx4，Sx4)四组数据。
(2)由式(5)、(6)及这四组数据可算出多项式的系数a0，a1，a2，a3。
(3)远距读取器所读取的最佳RSSI值是介于0～256的整数值。可用sx值(0sx256)，根据式(3)、(4)先算出所估测的距离rx，然后将已算出的(sx，rx)关系参数存储。待实际测量时，将此关系参数代入即可得到估测的距离rx。