Voidaanko UHF RFID:tä käyttää erittäin tarkkaan paikannukseen?
Annan sinulle ensin vastauksen. UHF RFID:tä voidaan käyttää erittäin tarkkaan paikannukseen, mutta tarkkuus on noin 1 metri.
UHF RFID:tä käytetään paikannusratkaisuna. Ydinlaite on vaiheistettua ryhmäantennia käyttävä lukija. Vaiheistetun ryhmäantennin periaate on kuvattu yksityiskohtaisesti Gan Quanin kirjassa "UHF RFID Technology Products and Applications for the Internet of Things". Lainaamme asiaankuuluvaa sisältöä.
Vaiheisen antennin periaate
Vaiheryhmäantenni, joka tunnetaan myös vaiheistettuna ryhmäantennina, viittaa antenniin, joka muuttaa suuntakuvion muotoa ohjaamalla ryhmäantennin säteilevän yksikön syöttövaihetta. Vaiheen ohjaaminen voi muuttaa antennin suuntakuvion maksimiarvon suuntaa säteenpyyhkäisyn tarkoituksen saavuttamiseksi. Voidaan yksinkertaisesti ymmärtää, että perinteisellä antennilla on vain yksi kiinteä säteilykuvio, kun taas ryhmäantennilla voi olla useita säteilykuvioita eri suuntiin. Kun vaiheistettua ryhmäantennia käytetään erittäin korkealla taajuudella RFID-järjestelmä, yksi antenni voidaan muuntaa useiksi antenneiksi eri suuntiin. Seuraavassa kuvassa on vaiheistetulla ryhmäantennilla varustetun yhdyskäytävän säteilykaavio. Alkuperäinen antennin pääkeilan säteilyakseli θ=0°. Kun määritetyn säteilyyksikön vaihe ryhmäantennissa on säädetty, pääkeilan säteilyakseli poikkeaa ja suurin taipuma voi olla 45°. Perinteiseen ratkaisuun verrattuna oheisen kuvan mukaista ratkaisua käyttävän vaiheistetun matriisin yhdyskäytävän kattavuutta on lisätty huomattavasti. Alkuperäinen 3dB:n säteilykulma oli 30° ja nyt siitä on tullut 120°.
Vaiheittainen antenniyhdyskäytävän säteilykaavio
Vaiheistetun taulukon yhdyskäytävän spesifinen toiminta voidaan ymmärtää siten, että yksiporttisesta lukijasta tulee moniporttinen lukija (kuinka monta vaiheyhdistelmää vastaa kuinka monta porttia). Alkuperäinen yksiporttinen lukija voi kytkeä vain yhteen antenniin, ja säteilyalue on kiinteä, kun taas moniporttinen lukija voi yhdistää useisiin antenneihin, ja jokaisella antennilla on erilainen säteilyalue. Tämä moniporttinen lukija voi valita skannattavan alueen tarpeiden mukaan ja käynnistää vastaavan portin signaalin lähettämiseksi vastaavan antennin kautta määritellyn alueen kattamiseksi.
Vaiheittainen ryhmäantennin paikannustoiminto
Mitä tulee UHF:n paikannustoimintoon RFID-lukijatOtetaan kaksi yleistä markkinoilla olevaa vaiheittaista taulukkoyhdyskäytävää: Impinj's xSpan ja xArray esimerkkeinä.
xArray on neliön muotoinen vaiheistettu taulukkoyhdyskäytävä. Kun xArray on ripustettu katolle, sen peittoalue on ympyrä, jossa on yhteensä 8 sektoria ja 52 säteilyaluetta. Se voidaan yksinkertaisesti ymmärtää 52-porttiseksi lukijaksi, joka on kytketty 52 antenniin, joilla on eri säteilyalueet.
xArray-sädekuvio
xSpan on suorakaiteen muotoinen vaiheistettu taulukkoyhdyskäytävä. xSpan-yhdyskäytävää voidaan pitää xArrayn yksinkertaistettuna versiona. Kun xSpan on ripustettu katolle, sen peittämä alue on suorakulmio, jossa on yhteensä 13 säteilyaluetta. Se voidaan yksinkertaisesti ymmärtää 13-porttiseksi lukijaksi, joka on kytketty antenneihin 13 eri säteilyalueella.
xSpan palkkikuvio
Varsinaisessa ympäristössä vierekkäisten lukujen säteilyalueet menevät päällekkäin. Kun sama tunniste tunnistetaan useilla numeroiduilla säteilyalueilla, tunnisteen tarkka sijainti voidaan laskea RSSI-koon perusteella. Laskentaprosessi on muuntaa RSSI-ero etäisyyseroksi ja sitten toteuttaa se monipistepaikannusalgoritmin avulla. Tietenkin tunniste putoaa suurimman RSSI-arvon omaavalle säteilyalueelle.
Vaiheistetun taulukon yhdyskäytävän suurin tehtävä on paikannus, kohteen sijainnin ja liikkeen arvioiminen. Seuraavassa kuvassa näkyy tunnisteen liike, jota xSpan ja xArray voivat seurata. Niistä xSpan voi seurata tunnisteen liikettä vain yhden akselin suunnassa, kun taas xArray voi seurata tunnisteita, jotka liikkuvat useisiin eri suuntiin.
Vaiheittainen taulukon yhdyskäytävän suunnan seuranta
Kohteiden reaaliaikaisen seurannan varmistamiseksi on varmistettava, että antennin kytkentänopeus on riittävän nopea. Vaikka vaihto on 50 ms joka kerta, kestää 2,5 sekuntia kaikkien xArray-säteilyalueiden skannaamiseen. Siksi objektiseurantaa käytettäessä on taattava tunnisteiden määrä kentällä. Jos vaaditaan erittäin tarkkaa seurantaa, tunnisteiden lukumäärä ei saa ylittää 20:tä. jos halutaan saavuttaa nopea seuranta, tunnisteiden lukumäärä ei saa ylittää 50:tä.
Varsinaisissa testeissä esiintyy tiettyjä virheitä useista syistä. Ihanteellisessa ympäristössä ilman okkluusiota ja heijastusta mitattu data on: 85%:n todennäköisyysvirhe 1,5 metrin sisällä. Virhe on suurempi monimutkaisissa ympäristöissä, erityisesti vähittäiskaupoissa, joissa on hyllyn ja seinän heijastuksia sekä tarrojen pinoaminen ja sijoituskorkeus, millä on suuri vaikutus testin tarkkuuteen. Perinteisiin tekniikoihin verrattuna vaiheistettujen taulukkoyhdyskäytävien käyttö parantaa kuitenkin huomattavasti kohteen paikantamisen ja löytämisen tarkkuutta ja mukavuutta.
Shanghai Jiaotong -yliopiston tutkimusryhmän tekemä paikannustarkkuuden optimointi heijastuu pääasiassa algoritmitasoon. Ratkaisussaan heidän on ensin luettava tunnisteen heijastussignaalin vaihetiedot valmistajien, kuten Impinj, lukijaryhmän antennin kautta ja sitten optimoitava paikannusalgoritmi vaihetietojen perusteella.
Aiemmin uutisissa kerrottu senttimetritason paikannustarkkuus on suhteellisen ihanteellisissa olosuhteissa saavutettu vaikutus. Tällaisen tarkkuuden saavuttaminen edellyttää monia erityisehtoja. Jos se on yleisessä ympäristössä, algoritmin optimoinnin perusteella on suuri läpimurto parantaa UHF RFID -paikannusratkaisun paikannustarkkuutta noin metristä desimetriin.
Mitkä skenaariot sopivat erittäin tarkkaan UHF RFID -paikannukseen
UHF RFID:n paikannustarkkuus on noin 1 m, mikä kuuluu myös korkean tarkkuuden paikannustekniikan luokkaan. Tällä hetkellä markkinoiden parhaan paikannustarkkuuden omaava langaton paikannustekniikka on UWB, jolla saavutetaan senttimetritason paikannustarkkuus ihanteellisessa ympäristössä, mutta todellisissa sovelluksissa se on todennäköisesti desimetritasoinen; kun taas Bluetooth AoA:n paikannustarkkuus on vain metrin tasolla ja Bluetoothin seuraavan sukupolven paikannusteknologian ”Channel Sounding” tarkkuus on myös noin 1 m, joten UHF RFID:n paikannustarkkuus ei ole huono.
