Чи можна використовувати UHF RFID для високоточного позиціонування?
Дозвольте мені спочатку дати вам відповідь. UHF RFID можна використовувати для високоточного позиціонування, але точність становить близько 1 метра.
UHF RFID використовується як рішення для позиціонування. Основним пристроєм є зчитувач, що використовує фазовану антену. Принцип дії фазованої антенної решітки детально описаний у книзі Ган Куана «Продукти технології UHF RFID і додатки для Інтернету речей». Ми будемо цитувати відповідний контент.
Принцип роботи фазованої антенної решітки
Фазова антенна решітка, також відома як фазована антенна решітка, відноситься до антени, яка змінює форму діаграми спрямованості шляхом керування фазою живлення випромінювального блоку в антенній решітці. Керування фазою може змінювати напрямок максимального значення діаграми спрямованості антени для досягнення мети сканування променя. Можна просто зрозуміти, що традиційна антена має лише одну фіксовану діаграму спрямованості, тоді як антенна решітка може мати кілька діаграм спрямованості в різних напрямках. Коли фазована антенна решітка використовується в надвисокій частоті система RFID, одну антену можна трансформувати в декілька антен у різних напрямках. На наступному малюнку показана діаграма випромінювання шлюзу з фазованою антенною решіткою. Вихідна вісь випромінювання головного пелюстка антени θ=0°. Після налаштування фази зазначеного блоку випромінювання в антенній решітці вісь випромінювання головного пелюстка буде відхилятися, і максимальне відхилення може становити 45°. Порівняно з традиційним рішенням покриття шлюзу з фазованою решіткою з використанням рішення, показаного на малюнку нижче, значно розширено. Початковий кут випромінювання 3 дБ становив 30°, а тепер він став 120°.
Діаграма випромінювання шлюзу фазованої антенної решітки
Конкретну роботу шлюзу з фазованою решіткою можна розуміти як однопортовий зчитувач перетворюється на багатопортовий зчитувач (скількох комбінацій фаз відповідає стільки портів). Оригінальний однопортовий зчитувач може підключатися лише до однієї антени, а діапазон випромінювання є фіксованим, тоді як багатопортовий зчитувач може підключатися до багатьох антен, і кожна антена має різний діапазон випромінювання. Цей багатопортовий зчитувач може вибрати область для сканування відповідно до потреб і запустити відповідний порт для передачі сигналу через відповідну антену для покриття вказаної області.
Функція позиціонування фазованої антенної решітки
Щодо функції позиціонування УВЧ Зчитувачі RFID, візьмемо два поширені на ринку шлюзи з фазованою решіткою: xSpan і xArray від Impinj як приклади.
xArray — шлюз квадратної фазованої решітки. Коли xArray підвішений на даху, його зона покриття є колом із 8 секторами та 52 зонами випромінювання. Це можна просто зрозуміти як 52-портовий зчитувач, підключений до 52 антен з різними зонами випромінювання.
Шаблон променя xArray
xSpan — шлюз із прямокутною фазованою решіткою. Шлюз xSpan можна розглядати як спрощену версію xArray. Коли xSpan підвішується на даху, площа, яку він покриває, є прямокутником із 13 зонами випромінювання. Його можна просто зрозуміти як 13-портовий зчитувач, підключений до антен у 13 різних зонах випромінювання.
Шаблон балки xSpan
У реальному середовищі зони випромінювання сусідніх номерів перекривають одна одну. Коли одна й та сама мітка ідентифікується в кількох пронумерованих зонах випромінювання, конкретне розташування мітки можна розрахувати за розміром RSSI. Процес обчислення полягає в тому, щоб перетворити різницю RSSI в різницю відстані, а потім реалізувати це за допомогою багатоточкового алгоритму позиціонування. Звичайно, тег, швидше за все, потрапляє в зону випромінювання з найбільшим значенням RSSI.
Найбільшою функцією шлюзу з фазованою решіткою є позиціонування, визначення розташування та руху об’єкта. На наступному малюнку показано рух тегів, який можна відстежувати за допомогою xSpan і xArray. Серед них xSpan може відстежувати рух тегів лише в одному напрямку осі, тоді як xArray може відстежувати рух тегів у кількох різних напрямках.
Відстеження напрямку шлюзу фазованої решітки
Щоб забезпечити відстеження об'єктів у реальному часі, необхідно переконатися, що швидкість перемикання антени є достатньо високою. Навіть якщо перемикання становить 50 мс кожного разу, сканування всіх областей випромінювання xArray займає 2,5 с. Тому в застосуванні відстеження об’єктів має бути гарантована кількість тегів у полі. Якщо потрібне високоточне стеження, кількість тегів не повинна перевищувати 20; якщо потрібно досягти високошвидкісного відстеження, кількість тегів не повинна перевищувати 50.
У реальних тестах є певні помилки з різних причин. Виміряні дані в ідеальному середовищі без оклюзії та відбиття такі: існує ймовірна помилка 85% в межах 1,5 метрів. Похибка буде більшою в складних середовищах, особливо в роздрібних магазинах із відображенням полиць і стін, а також висотою укладання та розміщення міток, що матиме великий вплив на точність тесту. Однак, у порівнянні з традиційними технологіями, використання шлюзів з фазованою решіткою значно підвищує точність і зручність позиціонування та пошуку об'єктів.
Оптимізація точності позиціонування дослідницькою групою Шанхайського університету Цзяотун в основному відображається на рівні алгоритму. У своєму рішенні їм спочатку потрібно зчитати інформацію про фазу сигналу відбиття мітки через антенну решітку зчитувача таких виробників, як Impinj, а потім оптимізувати алгоритм позиціонування на основі інформації про фазу.
Точність позиціонування на рівні сантиметра, про яку повідомлялося в новинах раніше, є ефектом, досягнутим за відносно ідеальних умов. Щоб досягти такої точності, потрібно багато певних умов. Якщо це в загальному середовищі, на основі оптимізації алгоритму, це великий прорив у покращенні точності позиціонування UHF RFID рішення позиціонування приблизно від 1 метра до дециметрового рівня.
Які сценарії підходять для високоточного позиціонування UHF RFID
Точність позиціонування UHF RFID становить близько 1 м, що також відноситься до категорії високоточних технологій позиціонування. На даний момент технологією бездротового позиціонування з найкращою точністю позиціонування на ринку є UWB, яка може досягати точності позиціонування на сантиметровому рівні в ідеальному середовищі, але в реальних програмах вона, ймовірно, буде дециметровою; тоді як точність позиціонування Bluetooth AoA становить лише метр, а точність технології позиціонування наступного покоління Bluetooth “Channel Sounding” також становить близько 1 м, тому точність позиціонування UHF RFID непогана.
