Dapatkah UHF RFID digunakan untuk penentuan posisi berpresisi tinggi?
Pertama-tama saya akan memberikan jawabannya. RFID UHF dapat digunakan untuk penentuan posisi dengan presisi tinggi, tetapi akurasinya sekitar 1 meter.
RFID UHF digunakan sebagai solusi penentuan posisi. Perangkat inti adalah pembaca yang menggunakan antena array bertahap. Prinsip antena array bertahap dijelaskan secara rinci dalam buku Gan Quan “Produk dan Aplikasi Teknologi RFID UHF untuk Internet of Things”. Kami akan mengutip konten yang relevan.
Prinsip Kerja Antena Phased Array
Antena array fase, juga dikenal sebagai antena array bertahap, mengacu pada antena yang mengubah bentuk pola arah dengan mengendalikan fase pengumpanan unit radiasi dalam antena array. Pengendalian fase dapat mengubah arah nilai maksimum pola arah antena untuk mencapai tujuan pemindaian berkas. Secara sederhana dapat dipahami bahwa antena tradisional hanya memiliki satu pola radiasi tetap, sedangkan antena array dapat memiliki beberapa pola radiasi dalam arah yang berbeda. Ketika antena array bertahap digunakan dalam frekuensi ultra-tinggi Sistem RFID, satu antena dapat diubah menjadi beberapa antena dalam arah yang berbeda. Gambar berikut menunjukkan diagram radiasi gateway dengan antena array bertahap. Sumbu radiasi lobus utama antena asli θ=0°. Setelah fase unit radiasi yang ditentukan dalam antena array disesuaikan, sumbu radiasi lobus utama akan membelok, dan defleksi maksimum dapat mencapai 45°. Dibandingkan dengan solusi tradisional, cakupan gateway array bertahap menggunakan solusi yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini telah meningkat pesat. Sudut radiasi 3dB asli adalah 30°, dan sekarang telah menjadi 120°.
Diagram radiasi gerbang antena array bertahap
Pengoperasian spesifik phased array gateway dapat dipahami sebagai pembaca port tunggal yang menjadi pembaca multiport (berapa banyak kombinasi fase yang sesuai dengan berapa banyak port). Pembaca port tunggal asli hanya dapat terhubung ke satu antena, dan jangkauan radiasinya tetap, sedangkan pembaca multiport dapat terhubung ke banyak antena, dan setiap antena memiliki jangkauan radiasi yang berbeda. Pembaca multiport ini dapat memilih area yang akan dipindai sesuai dengan kebutuhan dan memulai port yang sesuai untuk mengirimkan sinyal melalui antena yang sesuai untuk mencakup area yang ditentukan.
Fungsi pemosisian antena array bertahap
Mengenai fungsi pemosisian UHF Pembaca RFID, ambil dua gateway array bertahap yang umum di pasaran: xSpan dan xArray dari Impinj sebagai contoh.
xArray adalah gerbang array fase persegi. Saat xArray digantung di atap, area cakupannya berbentuk lingkaran, dengan total 8 sektor dan 52 area radiasi. Secara sederhana, xArray dapat dipahami sebagai pembaca 52 port yang terhubung ke 52 antena dengan area radiasi yang berbeda.
Pola sinar xArray
xSpan adalah gerbang array bertahap berbentuk persegi panjang. Gerbang xSpan dapat dilihat sebagai versi sederhana dari xArray. Saat xSpan digantung di atap, area yang dicakupnya adalah persegi panjang dengan total 13 area radiasi. Secara sederhana, gerbang ini dapat dipahami sebagai pembaca 13 port yang terhubung ke antena di 13 area radiasi yang berbeda.
Pola balok xSpan
Dalam lingkungan yang sebenarnya, area radiasi dari nomor yang berdekatan saling tumpang tindih. Ketika tag yang sama diidentifikasi di beberapa area radiasi bernomor, lokasi spesifik tag dapat dihitung berdasarkan ukuran RSSI. Proses perhitungannya adalah dengan mengubah perbedaan RSSI menjadi perbedaan jarak, lalu menerapkannya melalui algoritma penentuan posisi multi-titik. Tentu saja, tag tersebut kemungkinan besar akan berada di area radiasi dengan nilai RSSI terbesar.
Fungsi terbesar dari phased array gateway adalah penentuan posisi, menilai lokasi dan pergerakan objek. Gambar berikut menunjukkan pergerakan tag yang dapat dilacak oleh xSpan dan xArray. Di antara keduanya, xSpan hanya dapat melacak pergerakan tag dalam satu arah sumbu, sedangkan xArray dapat melacak pergerakan tag dalam beberapa arah yang berbeda.
Pelacakan arah gerbang array bertahap
Untuk memastikan pelacakan objek secara real-time, perlu dipastikan bahwa kecepatan peralihan antena cukup cepat. Bahkan jika peralihannya 50 ms setiap kali, dibutuhkan waktu 2,5 detik untuk memindai semua area radiasi xArray. Oleh karena itu, dalam penerapan pelacakan objek, jumlah tag di lapangan harus dijamin. Jika pelacakan presisi tinggi diperlukan, jumlah tag tidak boleh melebihi 20; jika pelacakan kecepatan tinggi ingin dicapai, jumlah tag tidak boleh melebihi 50.
Dalam pengujian yang sebenarnya, terdapat beberapa kesalahan karena berbagai alasan. Data yang diukur dalam lingkungan ideal tanpa oklusi dan refleksi adalah: terdapat kesalahan probabilitas 85% dalam jarak 1,5 meter. Kesalahan akan lebih besar dalam lingkungan yang kompleks, terutama di toko ritel dengan refleksi rak dan dinding, serta tinggi penumpukan dan penempatan label, yang akan berdampak besar pada akurasi pengujian. Namun, dibandingkan dengan teknologi tradisional, penggunaan gerbang array bertahap sangat meningkatkan akurasi dan kenyamanan pemosisian dan pencarian objek.
Optimalisasi akurasi pemosisian oleh tim peneliti Universitas Shanghai Jiaotong terutama tercermin dalam level algoritma. Dalam solusinya, mereka pertama-tama perlu membaca informasi fase sinyal refleksi tag melalui antena array pembaca dari produsen seperti Impinj, lalu mengoptimalkan algoritma pemosisian berdasarkan informasi fase.
Akurasi posisi tingkat sentimeter yang dilaporkan dalam berita sebelumnya adalah efek yang dicapai dalam kondisi yang relatif ideal. Untuk mencapai akurasi tersebut, diperlukan banyak kondisi khusus. Jika berada dalam lingkungan umum, berdasarkan pengoptimalan algoritma, ini merupakan terobosan besar untuk meningkatkan akurasi posisi solusi posisi RFID UHF dari sekitar 1 meter ke tingkat desimeter.
Skenario apa yang cocok untuk pemosisian presisi tinggi RFID UHF?
Akurasi posisi RFID UHF sekitar 1m, yang juga termasuk dalam kategori teknologi pemosisian presisi tinggi. Saat ini, teknologi pemosisian nirkabel dengan akurasi posisi terbaik di pasaran adalah UWB, yang dapat mencapai akurasi posisi tingkat sentimeter di lingkungan yang ideal, tetapi dalam aplikasi aktual, kemungkinan besar berada pada tingkat desimeter; sementara akurasi posisi Bluetooth AoA hanya setingkat meter, dan akurasi teknologi pemosisian generasi berikutnya Bluetooth "Channel Sounding" juga sekitar 1m, sehingga akurasi posisi RFID UHF tidak buruk.
