Kan UHF RFID användas för högprecisionspositionering?
Låt mig först ge dig svaret. UHF RFID kan användas för högprecisionspositionering, men noggrannheten är cirka 1 meter.
UHF RFID används som positioneringslösning. Kärnenheten är läsaren som använder en fasad arrayantenn. Principen för phased array antenn beskrivs i detalj i Gan Quans bok "UHF RFID Technology Products and Applications for the Internet of Things". Vi kommer att citera relevant innehåll.
Principen för Phased Array antenn
Phase array antenn, även känd som phased array antenn, hänvisar till en antenn som ändrar formen på riktningsmönstret genom att styra matningsfasen för den strålande enheten i arrayantennen. Att styra fasen kan ändra riktningen för det maximala värdet för antennens riktningsmönster för att uppnå syftet med strålavsökning. Det kan enkelt förstås att den traditionella antennen endast har ett fast strålningsmönster, medan arrayantennen kan ha flera strålningsmönster i olika riktningar. När en fasad arrayantenn används i en ultrahög frekvens RFID-system, kan en antenn omvandlas till flera antenner i olika riktningar. Följande figur visar strålningsdiagrammet för en gateway med en fasad arrayantenn. Den ursprungliga antennens huvudlobstrålningsaxel θ=0°. Efter att fasen för den specificerade strålningsenheten i arrayantennen har justerats, kommer huvudlobens strålningsaxel att avböjas och den maximala avböjningen kan vara 45°. Jämfört med den traditionella lösningen har täckningen av den fasade array-gatewayen som använder lösningen som visas i figuren nedan ökat kraftigt. Den ursprungliga 3dB strålningsvinkeln var 30°, och nu har den blivit 120°.
Phased array antenn gateway strålningsdiagram
Den specifika driften av den fasstyrda array-gatewayen kan förstås som att en enkelportsläsare blir en multiportsläsare (hur många kombinationer av faser motsvarar hur många portar). Den ursprungliga enkelportsläsaren kan bara ansluta till en antenn, och strålningsområdet är fast, medan multiportsläsaren kan ansluta till många antenner, och varje antenn har ett annat strålningsintervall. Denna flerportsläsare kan välja området som ska skannas enligt behoven och starta motsvarande port för att överföra signalen genom motsvarande antenn för att täcka det specificerade området.
Phased array antennpositioneringsfunktion
Angående positioneringsfunktionen för UHF RFID-läsare, ta två vanliga fasade array-gateways på marknaden: Impinjs xSpan och xArray som exempel.
xArray är en kvadratisk fasad array-gateway. När xArrayen hängs på taket är dess täckningsområde en cirkel, med totalt 8 sektorer och 52 strålningsområden. Det kan enkelt förstås som en 52-ports läsare kopplad till 52 antenner med olika strålningsområden.
xArray strålmönster
xSpan är en rektangulär fasad array-gateway. xSpan-gatewayen kan ses som en förenklad version av xArray. När xSpan hängs på taket är området den täcker en rektangel med totalt 13 strålningsområden. Det kan enkelt förstås som en 13-ports läsare kopplad till antenner i 13 olika strålningsområden.
xSpan strålmönster
I den faktiska miljön överlappar strålningsområdena för intilliggande nummer varandra. När samma etikett identifieras i flera numrerade strålningsområden, kan den specifika platsen för etiketten beräknas med RSSI-storleken. Beräkningsprocessen är att konvertera RSSI-skillnaden till avståndsskillnaden och sedan implementera den genom multipunktspositioneringsalgoritmen. Naturligtvis kommer taggen sannolikt att falla i strålningsområdet med det största RSSI-värdet.
Den största funktionen hos den fasade array-gatewayen är positionering, bedömning av objektets placering och rörelse. Följande figur visar taggrörelsen som kan spåras av xSpan och xArray. Bland dem kan xSpan bara spåra taggens rörelse i en axelriktning, medan xArray kan spåra taggar som rör sig i flera olika riktningar.
Fasad array-gateway-riktningsspårning
För att säkerställa realtidsspårning av objekt är det nödvändigt att säkerställa att antennväxlingshastigheten är tillräckligt hög. Även om växlingen är 50 ms varje gång, tar det 2,5 s att skanna alla strålningsområden i xArray. Därför bör antalet taggar i fältet garanteras vid tillämpning av objektspårning. Om högprecisionsspårning krävs bör antalet taggar inte överstiga 20; om höghastighetsspårning ska uppnås bör antalet taggar inte överstiga 50.
I faktiska tester finns det vissa fel på grund av olika orsaker. Uppmätta data i en idealisk miljö utan ocklusion och reflektion är: det finns ett 85%-sannolikhetsfel inom 1,5 meter. Felet kommer att bli större i komplexa miljöer, särskilt i butiker med hyll- och väggreflektioner, samt staplings- och placeringshöjden på taggar, vilket kommer att ha stor inverkan på testnoggrannheten. Men jämfört med traditionell teknik förbättrar användningen av fasade array-gateways avsevärt noggrannheten och bekvämligheten med objektpositionering och -sökning.
Optimeringen av positioneringsnoggrannheten av forskargruppen vid Shanghai Jiaotong University återspeglas främst i algoritmnivån. I sin lösning behöver de först läsa fasinformationen för taggreflektionssignalen genom läsarrayantennen hos tillverkare som Impinj, och sedan optimera positioneringsalgoritmen baserat på fasinformationen.
Den positioneringsnoggrannhet på centimeternivå som tidigare rapporterats i nyheterna är den effekt som uppnås under relativt idealiska förhållanden. För att uppnå sådan noggrannhet krävs många specifika villkor. Om det är i en allmän miljö, baserat på optimeringen av algoritmen, är det ett stort genombrott att förbättra positioneringsnoggrannheten för UHF RFID-positioneringslösningen från cirka 1 meter till decimeternivå.
Vilka scenarier är lämpliga för UHF RFID högprecisionspositionering
Positioneringsnoggrannheten för UHF RFID är cirka 1m, vilket också tillhör kategorin högprecisionspositioneringsteknik. För närvarande är den trådlösa positioneringstekniken med den bästa positioneringsnoggrannheten på marknaden UWB, som kan uppnå positioneringsnoggrannhet på centimeternivå i en idealisk miljö, men i faktiska applikationer är den sannolikt på decimeternivå; medan positioneringsnoggrannheten för Bluetooth AoA bara är meternivå, och noggrannheten för Bluetooths nästa generations positioneringsteknik "Channel Sounding" är också cirka 1 m, så positioneringsnoggrannheten för UHF RFID är inte dålig.
