La tecnologia UHF RFID può essere utilizzata per il posizionamento ad alta precisione?
Lasciatemi prima darvi la risposta. L'UHF RFID può essere utilizzato per il posizionamento ad alta precisione, ma la precisione è di circa 1 metro.
L'UHF RFID è utilizzato come soluzione di posizionamento. Il dispositivo principale è il lettore che utilizza un'antenna phased array. Il principio dell'antenna phased array è descritto in dettaglio nel libro di Gan Quan "UHF RFID Technology Products and Applications for the Internet of Things". Citeremo il contenuto pertinente.
Principio dell'antenna Phased Array
L'antenna phase array, nota anche come antenna phased array, si riferisce a un'antenna che modifica la forma del pattern direzionale controllando la fase di alimentazione dell'unità radiante nell'antenna array. Il controllo della fase può modificare la direzione del valore massimo del pattern direzionale dell'antenna per raggiungere lo scopo della scansione del fascio. Si può semplicemente comprendere che l'antenna tradizionale ha un solo pattern di radiazione fisso, mentre l'antenna array può avere più pattern di radiazione in direzioni diverse. Quando un'antenna phased array viene utilizzata in una frequenza ultra-alta Sistema RFID, un'antenna può essere trasformata in più antenne in direzioni diverse. La figura seguente mostra il diagramma di radiazione di un gateway con un'antenna phased array. L'asse di radiazione del lobo principale dell'antenna originale θ=0°. Dopo che la fase dell'unità di radiazione specificata nell'antenna array è stata regolata, l'asse di radiazione del lobo principale si defletterà e la deflessione massima può essere di 45°. Rispetto alla soluzione tradizionale, la copertura del gateway phased array utilizzando la soluzione mostrata nella figura seguente è stata notevolmente aumentata. L'angolo di radiazione originale di 3 dB era di 30° e ora è diventato di 120°.
Diagramma di radiazione del gateway dell'antenna a matrice di fase
Il funzionamento specifico del gateway phased array può essere inteso come un lettore a porta singola che diventa un lettore multiporta (quante combinazioni di fasi corrispondono a quante porte). Il lettore a porta singola originale può connettersi solo a un'antenna e la portata di radiazione è fissa, mentre il lettore multiporta può connettersi a molte antenne e ogni antenna ha una portata di radiazione diversa. Questo lettore multiporta può selezionare l'area da scansionare in base alle esigenze e avviare la porta corrispondente per trasmettere il segnale attraverso l'antenna corrispondente per coprire l'area specificata.
Funzione di posizionamento dell'antenna phased array
Per quanto riguarda la funzione di posizionamento dell'UHF Lettori RFID, prendiamo come esempi due comuni gateway phased array presenti sul mercato: xSpan e xArray di Impinj.
xArray è un gateway square phased array. Quando xArray è appeso al tetto, la sua area di copertura è un cerchio, con un totale di 8 settori e 52 aree di radiazione. Può essere semplicemente inteso come un lettore a 52 porte connesso a 52 antenne con diverse aree di radiazione.
Schema del fascio xArray
xSpan è un gateway phased array rettangolare. Il gateway xSpan può essere visto come una versione semplificata di xArray. Quando xSpan è appeso al tetto, l'area che copre è un rettangolo con un totale di 13 aree di radiazione. Può essere semplicemente inteso come un lettore a 13 porte collegato ad antenne in 13 diverse aree di radiazione.
Modello di trave xSpan
Nell'ambiente reale, le aree di radiazione di numeri adiacenti si sovrappongono. Quando lo stesso tag viene identificato in più aree di radiazione numerate, la posizione specifica del tag può essere calcolata dalla dimensione RSSI. Il processo di calcolo consiste nel convertire la differenza RSSI nella differenza di distanza, quindi implementarla tramite l'algoritmo di posizionamento multi-punto. Naturalmente, è probabile che il tag cada nell'area di radiazione con il valore RSSI più grande.
La funzione principale del gateway phased array è il posizionamento, ovvero la valutazione della posizione e del movimento dell'oggetto. La figura seguente mostra il movimento del tag che può essere tracciato da xSpan e xArray. Tra questi, xSpan può tracciare solo il movimento del tag in una direzione dell'asse, mentre xArray può tracciare i tag che si muovono in più direzioni diverse.
Tracciamento della direzione del gateway phased array
Per garantire il tracciamento in tempo reale degli oggetti, è necessario assicurarsi che la velocità di commutazione dell'antenna sia sufficientemente rapida. Anche se la commutazione è di 50 ms ogni volta, ci vogliono 2,5 s per scansionare tutte le aree di radiazione dell'xArray. Pertanto, nell'applicazione del tracciamento degli oggetti, il numero di tag nel campo dovrebbe essere garantito. Se è richiesto un tracciamento ad alta precisione, il numero di tag non dovrebbe superare 20; se si vuole ottenere un tracciamento ad alta velocità, il numero di tag non dovrebbe superare 50.
Nei test effettivi, ci sono alcuni errori dovuti a vari motivi. I dati misurati in un ambiente ideale senza occlusione e riflessione sono: c'è un errore di probabilità 85% entro 1,5 metri. L'errore sarà maggiore in ambienti complessi, specialmente nei negozi al dettaglio con riflessioni su scaffali e pareti, così come l'altezza di impilamento e posizionamento dei tag, che avrà un grande impatto sulla precisione del test. Tuttavia, rispetto alle tecnologie tradizionali, l'uso di gateway phased array migliora notevolmente la precisione e la praticità del posizionamento e della ricerca degli oggetti.
L'ottimizzazione della precisione di posizionamento da parte del team di ricerca della Shanghai Jiaotong University si riflette principalmente nel livello dell'algoritmo. Nella loro soluzione, devono prima leggere le informazioni di fase del segnale di riflessione del tag attraverso l'antenna array del lettore di produttori come Impinj, quindi ottimizzare l'algoritmo di posizionamento in base alle informazioni di fase.
La precisione di posizionamento a livello di centimetro riportata nelle notizie precedenti è l'effetto ottenuto in condizioni relativamente ideali. Per ottenere tale precisione, sono necessarie molte condizioni specifiche. Se si tratta di un ambiente generale, in base all'ottimizzazione dell'algoritmo, è una svolta importante migliorare la precisione di posizionamento della soluzione di posizionamento RFID UHF da circa 1 metro a livello di decimetro.
Quali scenari sono adatti al posizionamento ad alta precisione UHF RFID
La precisione di posizionamento di UHF RFID è di circa 1 m, che appartiene anche alla categoria della tecnologia di posizionamento ad alta precisione. Attualmente, la tecnologia di posizionamento wireless con la migliore precisione di posizionamento sul mercato è UWB, che può raggiungere una precisione di posizionamento a livello di centimetro in un ambiente ideale, ma nelle applicazioni reali, è probabile che sia a livello di decimetro; mentre la precisione di posizionamento di Bluetooth AoA è solo a livello di metro e la precisione della tecnologia di posizionamento di nuova generazione di Bluetooth "Channel Sounding" è anche di circa 1 m, quindi la precisione di posizionamento di UHF RFID non è male.
