هل يمكن استخدام تقنية UHF RFID لتحديد المواقع بدقة عالية؟
دعني أعطيك الإجابة أولاً. يمكن استخدام UHF RFID لتحديد المواقع بدقة عالية، ولكن الدقة تبلغ حوالي متر واحد.
تُستخدم تقنية UHF RFID كحل لتحديد المواقع. الجهاز الأساسي هو القارئ الذي يستخدم هوائيًا مصفوفًا طوريًا. تم وصف مبدأ هوائي المصفوفة الطورية بالتفصيل في كتاب Gan Quan "منتجات وتطبيقات تقنية UHF RFID لإنترنت الأشياء". سنقتبس المحتوى ذي الصلة.
مبدأ عمل هوائي المصفوفة الطورية
يشير هوائي المصفوفة الطورية، المعروف أيضًا باسم هوائي المصفوفة الطورية، إلى هوائي يغير شكل النمط الاتجاهي من خلال التحكم في طور التغذية لوحدة الإشعاع في هوائي المصفوفة. يمكن للتحكم في الطور تغيير اتجاه القيمة القصوى لنمط اتجاه الهوائي لتحقيق غرض مسح الشعاع. يمكن فهم ذلك ببساطة أن الهوائي التقليدي له نمط إشعاع ثابت واحد فقط، بينما يمكن أن يحتوي هوائي المصفوفة على أنماط إشعاع متعددة في اتجاهات مختلفة. عند استخدام هوائي المصفوفة الطورية في تردد فائق الارتفاع نظام تحديد الهوية بموجات الراديويمكن تحويل هوائي واحد إلى هوائيات متعددة في اتجاهات مختلفة. يوضح الشكل التالي مخطط الإشعاع لبوابة ذات هوائي مصفوفة طورية. محور إشعاع الفص الرئيسي للهوائي الأصلي θ=0°. بعد ضبط طور وحدة الإشعاع المحددة في هوائي المصفوفة، سينحرف محور إشعاع الفص الرئيسي، ويمكن أن يكون الحد الأقصى للانحراف 45°. وبالمقارنة مع الحل التقليدي، فقد تم زيادة تغطية بوابة المصفوفة الطورية باستخدام الحل الموضح في الشكل أدناه بشكل كبير. كانت زاوية الإشعاع الأصلية 3 ديسيبل 30°، وأصبحت الآن 120°.
مخطط إشعاع بوابة الهوائي المصفوفة الطورية
يمكن فهم التشغيل المحدد لبوابة المصفوفة الطورية على أنه قارئ منفذ واحد يصبح قارئًا متعدد المنافذ (كم عدد مجموعات المراحل التي تتوافق مع عدد المنافذ). يمكن للقارئ الأصلي أحادي المنفذ الاتصال بهوائي واحد فقط، ويكون نطاق الإشعاع ثابتًا، بينما يمكن للقارئ متعدد المنافذ الاتصال بالعديد من الهوائيات، ويكون لكل هوائي نطاق إشعاع مختلف. يمكن لهذا القارئ متعدد المنافذ تحديد المنطقة المراد مسحها وفقًا للاحتياجات وبدء المنفذ المقابل لإرسال الإشارة عبر الهوائي المقابل لتغطية المنطقة المحددة.
وظيفة تحديد موقع الهوائي المصفوفي المرحلي
بخصوص وظيفة تحديد المواقع في UHF قارئات RFID، خذ اثنين من بوابات المصفوفة الطورية الشائعة في السوق: xSpan وxArray من Impinj كأمثلة.
xArray عبارة عن بوابة صفيف طورية مربعة. عندما يتم تعليق xArray على السطح، تكون منطقة تغطيتها عبارة عن دائرة، بإجمالي 8 قطاعات و52 منطقة إشعاع. يمكن فهمها ببساطة على أنها قارئ ذو 52 منفذًا متصلًا بـ 52 هوائيًا بمناطق إشعاع مختلفة.
نمط شعاع xArray
xSpan عبارة عن بوابة مصفوفة طورية مستطيلة الشكل. يمكن اعتبار بوابة xSpan نسخة مبسطة من xArray. عندما يتم تعليق xSpan على السطح، تكون المنطقة التي تغطيها عبارة عن مستطيل بإجمالي 13 منطقة إشعاع. يمكن فهمها ببساطة على أنها قارئ ذو 13 منفذًا متصلًا بهوائيات في 13 منطقة إشعاع مختلفة.
نمط شعاع xSpan
في البيئة الفعلية، تتداخل مناطق الإشعاع ذات الأرقام المتجاورة مع بعضها البعض. عندما يتم تحديد نفس العلامة في مناطق إشعاع مرقمة متعددة، يمكن حساب الموقع المحدد للعلامة من خلال حجم RSSI. تتمثل عملية الحساب في تحويل فرق RSSI إلى فرق المسافة، ثم تنفيذها من خلال خوارزمية تحديد المواقع متعددة النقاط. بالطبع، من المرجح أن تقع العلامة في منطقة الإشعاع ذات أكبر قيمة RSSI.
الوظيفة الأكبر لبوابة المصفوفة المرحلية هي تحديد الموقع، والحكم على موقع وحركة الكائن. يوضح الشكل التالي حركة العلامة التي يمكن تتبعها بواسطة xSpan وxArray. من بينها، يمكن لـ xSpan فقط تتبع حركة العلامة في اتجاه محور واحد، بينما يمكن لـ xArray تتبع العلامات المتحركة في اتجاهات مختلفة متعددة.
تتبع اتجاه بوابة المصفوفة المرحلية
من أجل ضمان تتبع الكائنات في الوقت الفعلي، من الضروري التأكد من أن سرعة تبديل الهوائي سريعة بما يكفي. حتى لو كان التبديل 50 مللي ثانية في كل مرة، فإنه يستغرق 2.5 ثانية لمسح جميع مناطق الإشعاع في xArray. لذلك، في تطبيق تتبع الكائنات، يجب ضمان عدد العلامات في الحقل. إذا كان مطلوبًا تتبع عالي الدقة، يجب ألا يتجاوز عدد العلامات 20؛ إذا كان من المقرر تحقيق تتبع عالي السرعة، يجب ألا يتجاوز عدد العلامات 50.
في الاختبارات الفعلية، توجد أخطاء معينة لأسباب مختلفة. البيانات المقاسة في بيئة مثالية بدون انسداد وانعكاس هي: يوجد خطأ احتمال 85% في حدود 1.5 متر. سيكون الخطأ أكبر في البيئات المعقدة، وخاصة في متاجر التجزئة ذات الانعكاسات على الرفوف والجدران، بالإضافة إلى ارتفاع التكديس ووضع العلامات، مما سيكون له تأثير كبير على دقة الاختبار. ومع ذلك، بالمقارنة مع التقنيات التقليدية، فإن استخدام بوابات المصفوفة الطورية يحسن بشكل كبير من دقة وراحة تحديد موقع الأشياء والعثور عليها.
ينعكس تحسين دقة تحديد المواقع من قبل فريق البحث بجامعة شنغهاي جياوتونغ بشكل أساسي على مستوى الخوارزمية. في حلهم، يحتاجون أولاً إلى قراءة معلومات الطور لإشارة انعكاس العلامة من خلال هوائي مجموعة القارئ من الشركات المصنعة مثل Impinj، ثم تحسين خوارزمية تحديد المواقع بناءً على معلومات الطور.
إن دقة تحديد المواقع على مستوى السنتيمتر التي تم الإبلاغ عنها في الأخبار السابقة هي التأثير الذي تم تحقيقه في ظل ظروف مثالية نسبيًا. لتحقيق هذه الدقة، هناك حاجة إلى العديد من الظروف المحددة. إذا كان ذلك في بيئة عامة، بناءً على تحسين الخوارزمية، فإن ذلك يمثل تقدمًا كبيرًا لتحسين دقة تحديد المواقع لحل تحديد المواقع UHF RFID من حوالي متر واحد إلى مستوى ديسيمتر.
ما هي السيناريوهات المناسبة لتحديد المواقع عالية الدقة بتقنية UHF RFID؟
تبلغ دقة تحديد المواقع في تقنية UHF RFID حوالي 1 متر، وهي تنتمي أيضًا إلى فئة تقنية تحديد المواقع عالية الدقة. في الوقت الحاضر، تعد تقنية تحديد المواقع اللاسلكية ذات أفضل دقة تحديد المواقع في السوق هي UWB، والتي يمكنها تحقيق دقة تحديد المواقع على مستوى السنتيمتر في بيئة مثالية، ولكن في التطبيقات الفعلية، من المرجح أن تكون على مستوى ديسيمتر؛ في حين أن دقة تحديد المواقع في تقنية Bluetooth AoA هي على مستوى المتر فقط، ودقة تقنية تحديد المواقع من الجيل التالي من تقنية Bluetooth "Channel Sounding" تبلغ أيضًا حوالي 1 متر، وبالتالي فإن دقة تحديد المواقع في تقنية UHF RFID ليست سيئة.
