Μπορεί το UHF RFID να χρησιμοποιηθεί για τοποθέτηση υψηλής ακρίβειας;
Επιτρέψτε μου να σας δώσω πρώτα την απάντηση. Το UHF RFID μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τοποθέτηση υψηλής ακρίβειας, αλλά η ακρίβεια είναι περίπου 1 μέτρο.
Το UHF RFID χρησιμοποιείται ως λύση εντοπισμού θέσης. Η συσκευή πυρήνα είναι ο αναγνώστης που χρησιμοποιεί μια κεραία συστοιχίας φάσης. Η αρχή της κεραίας σταδιακής συστοιχίας περιγράφεται λεπτομερώς στο βιβλίο του Gan Quan «Προϊόντα και εφαρμογές τεχνολογίας UHF RFID για το Διαδίκτυο των Πραγμάτων». Θα παραθέσουμε το σχετικό περιεχόμενο.
Αρχή της Κεραία με Φάση Συστοιχίας
Η κεραία συστοιχίας φάσης, γνωστή και ως κεραία συστοιχίας φάσης, αναφέρεται σε μια κεραία που αλλάζει το σχήμα του κατευθυντικού σχεδίου ελέγχοντας τη φάση τροφοδοσίας της μονάδας ακτινοβολίας στη συστοιχία κεραίας. Ο έλεγχος της φάσης μπορεί να αλλάξει την κατεύθυνση της μέγιστης τιμής του σχεδίου κατεύθυνσης της κεραίας για να επιτευχθεί ο σκοπός της σάρωσης δέσμης. Μπορεί απλά να γίνει κατανοητό ότι η παραδοσιακή κεραία έχει μόνο ένα σταθερό σχέδιο ακτινοβολίας, ενώ η κεραία συστοιχίας μπορεί να έχει πολλαπλά μοτίβα ακτινοβολίας σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Όταν χρησιμοποιείται μια κεραία με συστοιχία φάσης σε εξαιρετικά υψηλή συχνότητα Σύστημα RFID, μια κεραία μπορεί να μετατραπεί σε πολλαπλές κεραίες σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Το παρακάτω σχήμα δείχνει το διάγραμμα ακτινοβολίας μιας πύλης με μια κεραία συστοιχίας φάσης. Ο αρχικός άξονας ακτινοβολίας του κύριου λοβού της κεραίας θ=0°. Αφού ρυθμιστεί η φάση της καθορισμένης μονάδας ακτινοβολίας στη συστοιχία κεραίας, ο κύριος άξονας ακτινοβολίας λοβού θα εκτραπεί και η μέγιστη απόκλιση μπορεί να είναι 45°. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή λύση, η κάλυψη της πύλης συστοιχίας φάσεων που χρησιμοποιεί τη λύση που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα έχει αυξηθεί σημαντικά. Η αρχική γωνία ακτινοβολίας 3dB ήταν 30° και τώρα έχει γίνει 120°.
Διάγραμμα ακτινοβολίας πύλης κεραίας φάσης
Η συγκεκριμένη λειτουργία της πύλης συστοιχίας φάσης μπορεί να γίνει κατανοητή ως ένας αναγνώστης μιας θύρας που μετατρέπεται σε αναγνώστη πολλαπλών θυρών (πόσοι συνδυασμοί φάσεων αντιστοιχούν σε πόσες θύρες). Ο αρχικός αναγνώστης μιας θύρας μπορεί να συνδεθεί μόνο σε μία κεραία και το εύρος ακτινοβολίας είναι σταθερό, ενώ ο αναγνώστης πολλαπλών θυρών μπορεί να συνδεθεί σε πολλές κεραίες και κάθε κεραία έχει διαφορετικό εύρος ακτινοβολίας. Αυτή η συσκευή ανάγνωσης πολλαπλών θυρών μπορεί να επιλέξει την περιοχή που θα σαρωθεί ανάλογα με τις ανάγκες και να ξεκινήσει την αντίστοιχη θύρα για να μεταδώσει το σήμα μέσω της αντίστοιχης κεραίας για να καλύψει την καθορισμένη περιοχή.
Λειτουργία τοποθέτησης κεραίας με συστοιχία φάσης
Σχετικά με τη λειτουργία τοποθέτησης του UHF Αναγνώστες RFID, πάρτε δύο κοινές πύλες συστοιχίας φάσεων στην αγορά: το xSpan του Impinj και το xArray ως παραδείγματα.
Το xArray είναι μια πύλη συστοιχίας τετράγωνης φάσης. Όταν το xArray είναι κρεμασμένο στην οροφή, η περιοχή κάλυψής του είναι ένας κύκλος, με συνολικά 8 τομείς και 52 περιοχές ακτινοβολίας. Μπορεί απλά να γίνει κατανοητό ως ένας αναγνώστης 52 θυρών συνδεδεμένος με 52 κεραίες με διαφορετικές περιοχές ακτινοβολίας.
Μοτίβο δέσμης xArray
Το xSpan είναι μια ορθογώνια πύλη συστοιχίας φάσεων. Η πύλη xSpan μπορεί να θεωρηθεί ως μια απλοποιημένη έκδοση του xArray. Όταν το xSpan είναι κρεμασμένο στην οροφή, η περιοχή που καλύπτει είναι ένα ορθογώνιο με συνολικά 13 περιοχές ακτινοβολίας. Μπορεί να γίνει κατανοητό απλά ως ένας αναγνώστης 13 θυρών συνδεδεμένος με κεραίες σε 13 διαφορετικές περιοχές ακτινοβολίας.
Μοτίβο δέσμης xSpan
Στο πραγματικό περιβάλλον, οι περιοχές ακτινοβολίας γειτονικών αριθμών επικαλύπτονται μεταξύ τους. Όταν η ίδια ετικέτα προσδιορίζεται σε πολλαπλές αριθμημένες περιοχές ακτινοβολίας, η συγκεκριμένη θέση της ετικέτας μπορεί να υπολογιστεί από το μέγεθος RSSI. Η διαδικασία υπολογισμού είναι η μετατροπή της διαφοράς RSSI στη διαφορά απόστασης και, στη συνέχεια, η εφαρμογή της μέσω του αλγόριθμου τοποθέτησης πολλαπλών σημείων. Φυσικά, η ετικέτα είναι πιθανό να πέσει στην περιοχή ακτινοβολίας με τη μεγαλύτερη τιμή RSSI.
Η μεγαλύτερη λειτουργία της πύλης συστοιχίας φάσης είναι η τοποθέτηση, η κρίση της θέσης και της κίνησης του αντικειμένου. Το παρακάτω σχήμα δείχνει την κίνηση της ετικέτας που μπορεί να παρακολουθηθεί από xSpan και xArray. Μεταξύ αυτών, το xSpan μπορεί να παρακολουθεί την κίνηση της ετικέτας μόνο προς έναν άξονα, ενώ το xArray μπορεί να παρακολουθεί ετικέτες που κινούνται σε πολλές διαφορετικές κατευθύνσεις.
Παρακολούθηση κατεύθυνσης πύλης συστοιχίας σε φάση
Προκειμένου να διασφαλιστεί η παρακολούθηση των αντικειμένων σε πραγματικό χρόνο, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι η ταχύτητα μεταγωγής της κεραίας είναι αρκετά γρήγορη. Ακόμα κι αν η εναλλαγή είναι 50 ms κάθε φορά, χρειάζονται 2,5 δευτερόλεπτα για να σαρωθούν όλες οι περιοχές ακτινοβολίας του xArray. Επομένως, στην εφαρμογή της παρακολούθησης αντικειμένων, ο αριθμός των ετικετών στο πεδίο θα πρέπει να είναι εγγυημένος. Εάν απαιτείται παρακολούθηση υψηλής ακρίβειας, ο αριθμός των ετικετών δεν πρέπει να υπερβαίνει τις 20. εάν πρόκειται να επιτευχθεί παρακολούθηση υψηλής ταχύτητας, ο αριθμός των ετικετών δεν πρέπει να υπερβαίνει τις 50.
Στις πραγματικές δοκιμές, υπάρχουν ορισμένα σφάλματα για διάφορους λόγους. Τα δεδομένα μέτρησης σε ένα ιδανικό περιβάλλον χωρίς απόφραξη και ανάκλαση είναι: υπάρχει σφάλμα πιθανότητας 85% εντός 1,5 μέτρου. Το σφάλμα θα είναι μεγαλύτερο σε πολύπλοκα περιβάλλοντα, ειδικά σε καταστήματα λιανικής με αντανακλάσεις σε ράφι και τοίχους, καθώς και στο ύψος στοίβαξης και τοποθέτησης των ετικετών, κάτι που θα έχει μεγάλο αντίκτυπο στην ακρίβεια της δοκιμής. Ωστόσο, σε σύγκριση με τις παραδοσιακές τεχνολογίες, η χρήση πυλών σταδιακής συστοιχίας βελτιώνει σημαντικά την ακρίβεια και την ευκολία της τοποθέτησης και εύρεσης αντικειμένων.
Η βελτιστοποίηση της ακρίβειας τοποθέτησης από την ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου Shanghai Jiaotong αντικατοπτρίζεται κυρίως στο επίπεδο αλγορίθμου. Στη λύση τους, πρέπει πρώτα να διαβάσουν τις πληροφορίες φάσης του σήματος ανάκλασης ετικέτας μέσω της κεραίας διάταξης ανάγνωσης κατασκευαστών όπως ο Impinj και στη συνέχεια να βελτιστοποιήσουν τον αλγόριθμο τοποθέτησης με βάση τις πληροφορίες φάσης.
Η ακρίβεια τοποθέτησης σε επίπεδο εκατοστών που αναφέρθηκε στις ειδήσεις πριν είναι το αποτέλεσμα που επιτυγχάνεται κάτω από σχετικά ιδανικές συνθήκες. Για να επιτευχθεί τέτοια ακρίβεια, απαιτούνται πολλές συγκεκριμένες προϋποθέσεις. Εάν βρίσκεται σε ένα γενικό περιβάλλον, με βάση τη βελτιστοποίηση του αλγορίθμου, είναι μια σημαντική ανακάλυψη για τη βελτίωση της ακρίβειας τοποθέτησης της λύσης εντοπισμού θέσης UHF RFID από περίπου 1 μέτρο σε επίπεδο δεκατόμετρου.
Ποια σενάρια είναι κατάλληλα για τοποθέτηση υψηλής ακρίβειας UHF RFID
Η ακρίβεια τοποθέτησης του UHF RFID είναι περίπου 1 m, το οποίο ανήκει επίσης στην κατηγορία της τεχνολογίας εντοπισμού θέσης υψηλής ακρίβειας. Επί του παρόντος, η ασύρματη τεχνολογία εντοπισμού θέσης με την καλύτερη ακρίβεια εντοπισμού θέσης στην αγορά είναι η UWB, η οποία μπορεί να επιτύχει ακρίβεια εντοπισμού θέσης σε επίπεδο εκατοστών σε ένα ιδανικό περιβάλλον, αλλά σε πραγματικές εφαρμογές, είναι πιθανό να είναι σε επίπεδο δεκατόμετρου. ενώ η ακρίβεια τοποθέτησης του Bluetooth AoA είναι μόνο σε επίπεδο μέτρου και η ακρίβεια της τεχνολογίας εντοπισμού θέσης επόμενης γενιάς του Bluetooth "Channel Sounding" είναι επίσης περίπου 1 m, επομένως η ακρίβεια τοποθέτησης του UHF RFID δεν είναι κακή.
