O UHF RFID pode ser usado para posicionamento de alta precisão?
Deixe-me primeiro dar a resposta. UHF RFID pode ser usado para posicionamento de alta precisão, mas a precisão é de cerca de 1 metro.
UHF RFID é usado como uma solução de posicionamento. O dispositivo principal é o leitor usando uma antena phased array. O princípio da antena phased array é descrito em detalhes no livro de Gan Quan “UHF RFID Technology Products and Applications for the Internet of Things”. Citaremos o conteúdo relevante.
Princípio da antena Phased Array
Antena de matriz de fase, também conhecida como antena de matriz em fase, refere-se a uma antena que muda a forma do padrão direcional controlando a fase de alimentação da unidade de radiação na antena de matriz. Controlar a fase pode mudar a direção do valor máximo do padrão direcional da antena para atingir o propósito de varredura do feixe. Pode ser simplesmente entendido que a antena tradicional tem apenas um padrão de radiação fixo, enquanto a antena de matriz pode ter vários padrões de radiação em diferentes direções. Quando uma antena de matriz em fase é usada em uma frequência ultra-alta Sistema RFID, uma antena pode ser transformada em várias antenas em diferentes direções. A figura a seguir mostra o diagrama de radiação de um gateway com uma antena de matriz em fase. O eixo de radiação do lóbulo principal da antena original θ=0°. Após a fase da unidade de radiação especificada na antena de matriz ser ajustada, o eixo de radiação do lóbulo principal será desviado, e a deflexão máxima pode ser de 45°. Comparado com a solução tradicional, a cobertura do gateway de matriz em fase usando a solução mostrada na figura abaixo foi bastante aumentada. O ângulo de radiação original de 3dB era de 30°, e agora se tornou 120°.
Diagrama de radiação do gateway de antena de matriz em fase
A operação específica do gateway de matriz em fase pode ser entendida como um leitor de porta única se tornando um leitor de várias portas (quantas combinações de fases correspondem a quantas portas). O leitor de porta única original pode se conectar a apenas uma antena, e o alcance de radiação é fixo, enquanto o leitor de várias portas pode se conectar a muitas antenas, e cada antena tem um alcance de radiação diferente. Este leitor de várias portas pode selecionar a área a ser escaneada de acordo com as necessidades e iniciar a porta correspondente para transmitir o sinal através da antena correspondente para cobrir a área especificada.
Função de posicionamento de antena de matriz faseada
Em relação à função de posicionamento do UHF Leitores RFID, tomemos como exemplo dois gateways de matriz em fase comuns no mercado: o xSpan e o xArray da Impinj.
xArray é um gateway de phased array quadrado. Quando o xArray é pendurado no telhado, sua área de cobertura é um círculo, com um total de 8 setores e 52 áreas de radiação. Ele pode ser simplesmente entendido como um leitor de 52 portas conectado a 52 antenas com diferentes áreas de radiação.
Padrão de feixe xArray
xSpan é um gateway de phased array retangular. O gateway xSpan pode ser visto como uma versão simplificada do xArray. Quando o xSpan é pendurado no teto, a área que ele cobre é um retângulo com um total de 13 áreas de radiação. Ele pode ser simplesmente entendido como um leitor de 13 portas conectado a antenas em 13 áreas de radiação diferentes.
Padrão de viga xSpan
No ambiente real, as áreas de radiação de números adjacentes se sobrepõem. Quando a mesma etiqueta é identificada em várias áreas de radiação numeradas, a localização específica da etiqueta pode ser calculada pelo tamanho RSSI. O processo de cálculo é converter a diferença RSSI na diferença de distância e, em seguida, implementá-la por meio do algoritmo de posicionamento multiponto. Claro, a etiqueta provavelmente cairá na área de radiação com o maior valor RSSI.
A maior função do gateway phased array é o posicionamento, julgando a localização e o movimento do objeto. A figura a seguir mostra o movimento da tag que pode ser rastreado pelo xSpan e xArray. Entre eles, o xSpan pode rastrear apenas o movimento da tag em uma direção do eixo, enquanto o xArray pode rastrear tags se movendo em várias direções diferentes.
Rastreamento de direção do gateway de matriz em fase
Para garantir o rastreamento em tempo real de objetos, é necessário garantir que a velocidade de comutação da antena seja rápida o suficiente. Mesmo que a comutação seja de 50 ms a cada vez, leva 2,5 s para escanear todas as áreas de radiação do xArray. Portanto, na aplicação do rastreamento de objetos, o número de tags no campo deve ser garantido. Se for necessário rastreamento de alta precisão, o número de tags não deve exceder 20; se o rastreamento de alta velocidade for alcançado, o número de tags não deve exceder 50.
Em testes reais, há certos erros devido a vários motivos. Os dados medidos em um ambiente ideal sem oclusão e reflexão são: há um erro de probabilidade de 85% dentro de 1,5 metros. O erro será maior em ambientes complexos, especialmente em lojas de varejo com reflexões de prateleiras e paredes, bem como a altura de empilhamento e posicionamento de etiquetas, o que terá um grande impacto na precisão do teste. No entanto, em comparação com as tecnologias tradicionais, o uso de gateways de matriz em fase melhora muito a precisão e a conveniência do posicionamento e localização de objetos.
A otimização da precisão do posicionamento pela equipe de pesquisa da Shanghai Jiaotong University é refletida principalmente no nível do algoritmo. Em sua solução, eles primeiro precisam ler as informações de fase do sinal de reflexão da etiqueta através da antena de matriz de leitores de fabricantes como a Impinj e, então, otimizar o algoritmo de posicionamento com base nas informações de fase.
A precisão de posicionamento em nível de centímetro relatada nas notícias anteriores é o efeito alcançado sob condições relativamente ideais. Para atingir tal precisão, muitas condições específicas são necessárias. Se for em um ambiente geral, com base na otimização do algoritmo, é um grande avanço para melhorar a precisão de posicionamento da solução de posicionamento UHF RFID de cerca de 1 metro para o nível de decímetro.
Quais cenários são adequados para posicionamento de alta precisão UHF RFID
A precisão de posicionamento do UHF RFID é de cerca de 1 m, o que também pertence à categoria de tecnologia de posicionamento de alta precisão. Atualmente, a tecnologia de posicionamento sem fio com a melhor precisão de posicionamento no mercado é a UWB, que pode atingir precisão de posicionamento de nível centimétrico em um ambiente ideal, mas em aplicações reais, é provável que seja de nível decímetro; enquanto a precisão de posicionamento do Bluetooth AoA é apenas de nível metro, e a precisão da tecnologia de posicionamento de próxima geração do Bluetooth “Channel Sounding” também é de cerca de 1 m, então a precisão de posicionamento do UHF RFID não é ruim.
