Lze UHF RFID použít pro vysoce přesné polohování?
Dovolte mi, abych vám nejprve odpověděl. UHF RFID lze použít pro vysoce přesné polohování, ale přesnost je asi 1 metr.
UHF RFID se používá jako polohovací řešení. Základním zařízením je čtečka využívající sfázovanou anténu. Princip sfázované antény je podrobně popsán v knize Gan Quan „UHF RFID Technology Products and Applications for the Internet of Things“. Příslušný obsah budeme citovat.
Princip fázované antény
Anténa s fázovým polem, také známá jako sfázovaná anténa, označuje anténu, která mění tvar směrového vzoru řízením napájecí fáze vyzařovací jednotky v poli antény. Řízením fáze lze změnit směr maximální hodnoty směrového obrazce antény pro dosažení účelu skenování paprsku. Lze jednoduše pochopit, že tradiční anténa má pouze jeden pevný vyzařovací diagram, zatímco maticová anténa může mít více vyzařovacích diagramů v různých směrech. Když se sfázovaná anténa používá v ultravysoké frekvenci RFID systémlze jednu anténu přeměnit na více antén v různých směrech. Následující obrázek ukazuje vyzařovací diagram brány s fázovanou anténou. Původní osa vyzařování hlavního laloku antény θ=0°. Po úpravě fáze specifikované radiační jednotky v poli antény se osa hlavního laloku záření vychýlí a maximální odchylka může být 45°. Ve srovnání s tradičním řešením se výrazně zvýšilo pokrytí brány s fázovaným polem pomocí řešení znázorněného na obrázku níže. Původní vyzařovací úhel 3dB byl 30° a nyní se stal 120°.
Vyzařovací diagram sfázované anténní brány
Specifický provoz brány s fázovým polem lze chápat tak, že z jednoportové čtečky se stane víceportová čtečka (kolik kombinací fází odpovídá kolika portům). Původní jednoportová čtečka se může připojit pouze k jedné anténě a dosah záření je pevný, zatímco víceportová čtečka se může připojit k mnoha anténám a každá anténa má jiný dosah vyzařování. Tato multiportová čtečka dokáže vybrat oblast, která má být skenována podle potřeb, a spustit odpovídající port pro přenos signálu přes odpovídající anténu pro pokrytí specifikované oblasti.
Funkce určování polohy antény s fázovým polem
Ohledně polohovací funkce UHF RFID čtečkyvezměte dvě běžné brány s fázovaným polem na trhu: xSpan a xArray společnosti Impinj jako příklady.
xArray je brána se čtvercovým fázovým polem. Když je xArray zavěšeno na střeše, jeho oblast pokrytí je kruh s celkem 8 sektory a 52 oblastmi záření. Zjednodušeně ji lze chápat jako 52portovou čtečku připojenou k 52 anténám s různými oblastmi vyzařování.
Vzor paprsku xArray
xSpan je pravoúhlá brána s fázovým polem. Bránu xSpan lze považovat za zjednodušenou verzi xArray. Když je xSpan zavěšen na střeše, plocha, kterou pokrývá, je obdélník s celkem 13 radiačními oblastmi. Zjednodušeně ji lze chápat jako 13portovou čtečku připojenou k anténám ve 13 různých oblastech vyzařování.
xSpan paprsek vzor
Ve skutečném prostředí se oblasti záření sousedních čísel vzájemně překrývají. Když je stejný tag identifikován ve více očíslovaných radiačních oblastech, lze konkrétní umístění tagu vypočítat podle velikosti RSSI. Procesem výpočtu je převést rozdíl RSSI na rozdíl vzdálenosti a poté jej implementovat pomocí vícebodového polohovacího algoritmu. Samozřejmě, tag pravděpodobně spadne do oblasti záření s největší hodnotou RSSI.
Největší funkcí fázové brány je polohování, posuzování polohy a pohybu objektu. Následující obrázek ukazuje pohyb tagu, který lze sledovat pomocí xSpan a xArray. Mezi nimi může xSpan sledovat pohyb tagů pouze v jednom směru osy, zatímco xArray může sledovat tagy pohybující se v několika různých směrech.
Sledování směru brány s fázovým polem
Aby bylo zajištěno sledování objektů v reálném čase, je nutné zajistit dostatečně vysokou rychlost přepínání antény. I když je přepnutí pokaždé 50 ms, skenování všech radiačních oblastí xArray trvá 2,5 s. Proto by při aplikaci sledování objektů měl být zaručen počet značek v poli. Pokud je vyžadováno vysoce přesné sledování, neměl by počet značek překročit 20; má-li být dosaženo vysokorychlostního sledování, neměl by počet značek překročit 50.
Ve skutečných testech se z různých důvodů vyskytují určité chyby. Naměřená data v ideálním prostředí bez okluze a odrazu jsou: do 1,5 metru je chyba pravděpodobnosti 85%. Chyba bude větší ve složitých prostředích, zejména v maloobchodních prodejnách s odrazy na policích a stěnách, stejně jako při stohování a výšce umístění štítků, což bude mít velký vliv na přesnost testu. Ve srovnání s tradičními technologiemi však použití fázovaných bran výrazně zlepšuje přesnost a pohodlí při určování polohy a vyhledávání objektů.
Optimalizace přesnosti polohování výzkumným týmem Shanghai Jiaotong University se odráží především na úrovni algoritmu. Ve svém řešení potřebují nejprve přečíst informace o fázi signálu odrazu tagu prostřednictvím antény čtecího pole výrobců, jako je Impinj, a poté optimalizovat polohovací algoritmus na základě informací o fázi.
Přesnost polohování na úrovni centimetrů uváděná ve zprávách výše je efekt dosažený za relativně ideálních podmínek. K dosažení takové přesnosti je zapotřebí mnoho specifických podmínek. Pokud je to v obecném prostředí, na základě optimalizace algoritmu, je to velký průlom pro zlepšení přesnosti polohování UHF RFID řešení pro určování polohy z přibližně 1 metru na úroveň decimetrů.
Jaké scénáře jsou vhodné pro vysoce přesné polohování UHF RFID
Přesnost určování polohy UHF RFID je asi 1 m, což také patří do kategorie vysoce přesné polohovací technologie. V současnosti je bezdrátovou technologií určování polohy s nejlepší přesností určování polohy na trhu UWB, která může v ideálním prostředí dosahovat přesnosti určování polohy na úrovni centimetrů, ale ve skutečných aplikacích je to pravděpodobně na úrovni decimetrů; zatímco přesnost určování polohy Bluetooth AoA je pouze na úrovni metrů a přesnost technologie určování polohy nové generace Bluetooth „Channel Sounding“ je také asi 1 m, takže přesnost určování polohy UHF RFID není špatná.
