Ali je mogoče UHF RFID uporabiti za visoko natančno pozicioniranje?
Naj vam najprej odgovorim. UHF RFID se lahko uporablja za visoko natančno pozicioniranje, vendar je natančnost približno 1 meter.
UHF RFID se uporablja kot rešitev za določanje položaja. Osrednja naprava je čitalnik, ki uporablja fazni antenski niz. Načelo faznega antenskega niza je podrobno opisano v knjigi Gana Quana “UHF RFID Technology Products and Applications for the Internet of Things”. Relevantne vsebine bomo citirali.
Načelo faznega antenskega niza
Fazni antenski niz, znan tudi kot fazni antenski niz, se nanaša na anteno, ki spreminja obliko smernega vzorca z nadzorovanjem dovodne faze sevalne enote v antenskem nizu. Krmiljenje faze lahko spremeni smer največje vrednosti smernega vzorca antene, da se doseže namen skeniranja žarka. Lahko preprosto razumemo, da ima tradicionalna antena samo en fiksni vzorec sevanja, medtem ko ima lahko antenski niz več vzorcev sevanja v različnih smereh. Ko se v ultravisoki frekvenci uporablja fazni antenski niz RFID sistem, eno anteno je mogoče preoblikovati v več anten v različnih smereh. Naslednja slika prikazuje diagram sevanja prehoda s faznim antenskim nizom. Prvotna sevalna os glavnega režnja antene θ=0°. Po nastavitvi faze določene sevalne enote v antenskem nizu se os sevanja glavnega režnja odkloni, največji odklon pa je lahko 45°. V primerjavi s tradicionalno rešitvijo se je pokritost prehoda faznega niza z rešitvijo, prikazano na spodnji sliki, močno povečala. Prvotni kot sevanja 3dB je bil 30°, zdaj pa je postal 120°.
Diagram sevanja prehoda s faznim antenskim nizom
Posebno delovanje prehoda faznega niza je mogoče razumeti tako, da bralnik z enim vratom postane čitalnik z več vrati (koliko kombinacij faz ustreza številu vrat). Originalni bralnik z enim priključkom se lahko poveže samo z eno anteno in obseg sevanja je fiksen, medtem ko se čitalnik z več vrati lahko poveže z več antenami in vsaka antena ima drugačen obseg sevanja. Ta bralnik z več vrati lahko glede na potrebe izbere območje, ki ga želite skenirati, in zažene ustrezna vrata za prenos signala prek ustrezne antene, da pokrije določeno območje.
Funkcija pozicioniranja faznega antenskega niza
Kar zadeva funkcijo določanja položaja UHF čitalci RFID, vzemite dva običajna prehoda s faznimi nizi na trgu: Impinjev xSpan in xArray kot primera.
xArray je prehod kvadratnega faznega niza. Ko je xArray obešen na streho, je njegovo območje pokrivanja krog s skupno 8 sektorji in 52 območji sevanja. Preprosto ga lahko razumemo kot 52-portni čitalnik, povezan z 52 antenami z različnimi območji sevanja.
vzorec snopa xArray
xSpan je prehod pravokotnega faznega niza. Prehod xSpan je mogoče videti kot poenostavljeno različico xArray. Ko je xSpan obešen na streho, je območje, ki ga pokriva, pravokotnik s skupno 13 območji sevanja. Preprosto ga lahko razumemo kot čitalnik s 13 vrati, ki je povezan z antenami v 13 različnih območjih sevanja.
Vzorec žarka xSpan
V dejanskem okolju se območja sevanja sosednjih števil med seboj prekrivajo. Ko je ista oznaka identificirana v več oštevilčenih območjih sevanja, je mogoče specifično lokacijo oznake izračunati z velikostjo RSSI. Postopek izračuna je pretvorba razlike RSSI v razliko razdalje in nato implementacija z algoritmom za določanje položaja v več točkah. Seveda bo oznaka verjetno padla v območje sevanja z največjo vrednostjo RSSI.
Največja funkcija prehoda faznega niza je pozicioniranje, presojanje lokacije in premikanje objekta. Naslednja slika prikazuje gibanje oznake, ki mu lahko sledita xSpan in xArray. Med njimi lahko xSpan sledi gibanju oznak samo v eni smeri osi, medtem ko lahko xArray sledi gibanju oznak v več različnih smereh.
Sledenje smeri prehoda s faznim nizom
Da bi zagotovili sledenje objektom v realnem času, je potrebno zagotoviti dovolj hitro preklopno hitrost antene. Tudi če je preklop vsakič 50 ms, traja 2,5 s za skeniranje vseh območij sevanja xArray. Zato je treba pri uporabi sledenja objektom zagotoviti število oznak v polju. Če je potrebno visoko natančno sledenje, število oznak ne sme preseči 20; če želimo doseči visoko hitrost sledenja, število oznak ne sme preseči 50.
Pri dejanskih testih prihaja do določenih napak zaradi različnih razlogov. Izmerjeni podatki v idealnem okolju brez okluzije in odboja so: obstaja napaka verjetnosti 85% znotraj 1,5 metra. Napaka bo večja v kompleksnih okoljih, zlasti v maloprodajnih trgovinah z odboji polic in sten ter višina zlaganja in namestitve oznak, kar bo imelo velik vpliv na točnost testa. Vendar pa v primerjavi s tradicionalnimi tehnologijami uporaba faznih zaporednih prehodov močno izboljša natančnost in udobje pozicioniranja in iskanja objektov.
Optimizacija natančnosti pozicioniranja s strani raziskovalne skupine šanghajske univerze Jiaotong se odraža predvsem na ravni algoritma. V svoji rešitvi morajo najprej prebrati fazne informacije odbojnega signala oznake skozi anteno čitalnega niza proizvajalcev, kot je Impinj, nato pa na podlagi faznih informacij optimizirati algoritem za pozicioniranje.
Natančnost pozicioniranja na ravni centimetra, o kateri so poročali v prejšnjih novicah, je učinek, dosežen v razmeroma idealnih pogojih. Da bi dosegli takšno natančnost, so potrebni številni posebni pogoji. Če gre za splošno okolje, je na podlagi optimizacije algoritma velik preboj za izboljšanje natančnosti določanja položaja UHF RFID rešitve za določanje položaja s približno 1 metra na raven decimetrov.
Kateri scenariji so primerni za UHF RFID visoko natančno določanje položaja
Natančnost pozicioniranja UHF RFID je približno 1m, kar prav tako spada v kategorijo visokonatančne tehnologije pozicioniranja. Trenutno je tehnologija brezžičnega določanja položaja z najboljšo natančnostjo določanja položaja na trgu UWB, ki lahko v idealnem okolju doseže centimetrsko natančnost določanja položaja, v dejanskih aplikacijah pa je verjetno decimetrska; medtem ko je natančnost pozicioniranja Bluetooth AoA samo na metrski ravni, natančnost Bluetooth-ove tehnologije pozicioniranja naslednje generacije »Channel Sounding« pa je prav tako približno 1 m, tako da natančnost pozicioniranja UHF RFID ni slaba.
