¿Se puede utilizar RFID UHF para un posicionamiento de alta precisión?
Primero, déjame darte la respuesta. La tecnología RFID UHF se puede utilizar para un posicionamiento de alta precisión, pero la precisión es de aproximadamente 1 metro.
La tecnología RFID UHF se utiliza como solución de posicionamiento. El dispositivo principal es el lector que utiliza una antena de matriz en fase. El principio de la antena de matriz en fase se describe en detalle en el libro de Gan Quan “UHF RFID Technology Products and Applications for the Internet of Things”. Citaremos el contenido relevante.
Principio de funcionamiento de una antena de matriz en fase
La antena de matriz en fase, también conocida como antena de matriz en fase, se refiere a una antena que cambia la forma del patrón direccional al controlar la fase de alimentación de la unidad radiante en la antena de matriz. El control de la fase puede cambiar la dirección del valor máximo del patrón direccional de la antena para lograr el propósito del escaneo del haz. Se puede entender simplemente que la antena tradicional tiene solo un patrón de radiación fijo, mientras que la antena de matriz puede tener múltiples patrones de radiación en diferentes direcciones. Cuando se utiliza una antena de matriz en fase en una frecuencia ultra alta Sistema RFID, una antena se puede transformar en múltiples antenas en diferentes direcciones. La siguiente figura muestra el diagrama de radiación de una puerta de enlace con una antena de matriz en fase. El eje de radiación del lóbulo principal de la antena original θ=0°. Después de ajustar la fase de la unidad de radiación especificada en la antena de matriz, el eje de radiación del lóbulo principal se desviará y la desviación máxima puede ser de 45°. En comparación con la solución tradicional, la cobertura de la puerta de enlace de matriz en fase que utiliza la solución que se muestra en la siguiente figura ha aumentado considerablemente. El ángulo de radiación original de 3dB era de 30° y ahora se ha convertido en 120°.
Diagrama de radiación de la puerta de enlace de la antena de matriz en fase
El funcionamiento específico de la puerta de enlace de matriz en fase se puede entender como un lector de puerto único que se convierte en un lector de múltiples puertos (cuántas combinaciones de fases corresponden a cuántos puertos). El lector de puerto único original solo puede conectarse a una antena y el rango de radiación es fijo, mientras que el lector de múltiples puertos puede conectarse a muchas antenas y cada antena tiene un rango de radiación diferente. Este lector de múltiples puertos puede seleccionar el área a escanear según las necesidades e iniciar el puerto correspondiente para transmitir la señal a través de la antena correspondiente para cubrir el área especificada.
Función de posicionamiento de antena de matriz en fase
Respecto a la función de posicionamiento de UHF Lectores RFIDTomemos como ejemplos dos puertas de enlace de matriz en fase comunes en el mercado: xSpan y xArray de Impinj.
xArray es un gateway de matriz en fase cuadrada. Cuando el xArray está colgado en el techo, su área de cobertura es un círculo, con un total de 8 sectores y 52 áreas de radiación. Se puede entender simplemente como un lector de 52 puertos conectado a 52 antenas con diferentes áreas de radiación.
Patrón de haz xArray
xSpan es un gateway de matriz en fase rectangular. El gateway xSpan puede considerarse como una versión simplificada del xArray. Cuando el xSpan se cuelga en el techo, el área que cubre es un rectángulo con un total de 13 áreas de radiación. Puede entenderse simplemente como un lector de 13 puertos conectado a antenas en 13 áreas de radiación diferentes.
Patrón de vigas xSpan
En el entorno real, las áreas de radiación de números adyacentes se superponen entre sí. Cuando se identifica la misma etiqueta en múltiples áreas de radiación numeradas, la ubicación específica de la etiqueta se puede calcular mediante el tamaño RSSI. El proceso de cálculo consiste en convertir la diferencia RSSI en la diferencia de distancia y luego implementarla a través del algoritmo de posicionamiento multipunto. Por supuesto, es probable que la etiqueta caiga en el área de radiación con el valor RSSI más grande.
La función más importante de la puerta de enlace de matriz en fase es el posicionamiento, la determinación de la ubicación y el movimiento del objeto. La siguiente figura muestra el movimiento de la etiqueta que se puede rastrear con xSpan y xArray. Entre ellos, xSpan solo puede rastrear el movimiento de la etiqueta en una dirección del eje, mientras que xArray puede rastrear las etiquetas que se mueven en varias direcciones diferentes.
Seguimiento de la dirección de la puerta de enlace de matriz en fase
Para garantizar el seguimiento de objetos en tiempo real, es necesario garantizar que la velocidad de conmutación de la antena sea lo suficientemente rápida. Incluso si la conmutación es de 50 ms cada vez, se necesitan 2,5 s para escanear todas las áreas de radiación del xArray. Por lo tanto, en la aplicación del seguimiento de objetos, se debe garantizar la cantidad de etiquetas en el campo. Si se requiere un seguimiento de alta precisión, la cantidad de etiquetas no debe exceder las 20; si se desea lograr un seguimiento de alta velocidad, la cantidad de etiquetas no debe exceder las 50.
En las pruebas reales, existen ciertos errores debido a varias razones. Los datos medidos en un entorno ideal sin oclusión ni reflexión son: hay un error de probabilidad de 85% dentro de 1,5 metros. El error será mayor en entornos complejos, especialmente en tiendas minoristas con reflejos en los estantes y las paredes, así como la altura de apilamiento y colocación de las etiquetas, lo que tendrá un gran impacto en la precisión de la prueba. Sin embargo, en comparación con las tecnologías tradicionales, el uso de puertas de enlace de matriz en fase mejora en gran medida la precisión y la comodidad de posicionamiento y búsqueda de objetos.
La optimización de la precisión de posicionamiento por parte del equipo de investigación de la Universidad Jiaotong de Shanghái se refleja principalmente en el nivel de algoritmo. En su solución, primero deben leer la información de fase de la señal de reflexión de la etiqueta a través de la antena de matriz de lectores de fabricantes como Impinj y luego optimizar el algoritmo de posicionamiento en función de la información de fase.
La precisión de posicionamiento a nivel de centímetros que se informó en las noticias anteriores es el efecto que se logra en condiciones relativamente ideales. Para lograr tal precisión, se requieren muchas condiciones específicas. Si se trata de un entorno general, en función de la optimización del algoritmo, es un gran avance mejorar la precisión de posicionamiento de la solución de posicionamiento RFID UHF de aproximadamente 1 metro a un nivel decímetro.
¿Qué escenarios son adecuados para el posicionamiento de alta precisión RFID UHF?
La precisión de posicionamiento de la tecnología RFID UHF es de aproximadamente 1 m, lo que también pertenece a la categoría de tecnología de posicionamiento de alta precisión. En la actualidad, la tecnología de posicionamiento inalámbrico con la mejor precisión de posicionamiento del mercado es UWB, que puede lograr una precisión de posicionamiento a nivel de centímetros en un entorno ideal, pero en aplicaciones reales, es probable que sea a nivel de decímetros; mientras que la precisión de posicionamiento de Bluetooth AoA es solo a nivel de metros, y la precisión de la tecnología de posicionamiento de próxima generación de Bluetooth "Channel Sounding" también es de aproximadamente 1 m, por lo que la precisión de posicionamiento de la tecnología RFID UHF no es mala.
