Có thể sử dụng RFID UHF để định vị có độ chính xác cao không?
Trước tiên, tôi xin trả lời bạn. UHF RFID có thể được sử dụng để định vị có độ chính xác cao, nhưng độ chính xác chỉ khoảng 1 mét.
UHF RFID được sử dụng như một giải pháp định vị. Thiết bị cốt lõi là đầu đọc sử dụng ăng-ten mảng pha. Nguyên lý của ăng-ten mảng pha được mô tả chi tiết trong cuốn sách “Sản phẩm và ứng dụng công nghệ UHF RFID cho Internet vạn vật” của Gan Quan. Chúng tôi sẽ trích dẫn nội dung có liên quan.
Nguyên lý của ăng-ten mảng pha
Ăng-ten mảng pha, còn được gọi là ăng-ten mảng pha, là ăng-ten thay đổi hình dạng của mẫu định hướng bằng cách điều khiển pha cấp của đơn vị bức xạ trong ăng-ten mảng. Điều khiển pha có thể thay đổi hướng của giá trị cực đại của mẫu định hướng ăng-ten để đạt được mục đích quét chùm tia. Có thể hiểu đơn giản là ăng-ten truyền thống chỉ có một mẫu bức xạ cố định, trong khi ăng-ten mảng có thể có nhiều mẫu bức xạ theo các hướng khác nhau. Khi ăng-ten mảng pha được sử dụng trong tần số cực cao Hệ thống RFID, một ăng-ten có thể được chuyển đổi thành nhiều ăng-ten theo các hướng khác nhau. Hình sau đây cho thấy sơ đồ bức xạ của một cổng với một ăng-ten mảng pha. Trục bức xạ thùy chính của ăng-ten ban đầu là θ=0°. Sau khi pha của đơn vị bức xạ được chỉ định trong ăng-ten mảng được điều chỉnh, trục bức xạ thùy chính sẽ lệch và độ lệch tối đa có thể là 45°. So với giải pháp truyền thống, phạm vi phủ sóng của cổng mảng pha sử dụng giải pháp được hiển thị trong hình bên dưới đã được tăng lên rất nhiều. Góc bức xạ 3dB ban đầu là 30°, và bây giờ đã trở thành 120°.
Sơ đồ bức xạ cổng ăng-ten mảng pha
Hoạt động cụ thể của cổng mảng pha có thể hiểu là đầu đọc một cổng trở thành đầu đọc nhiều cổng (số lượng kết hợp pha tương ứng với số lượng cổng). Đầu đọc một cổng ban đầu chỉ có thể kết nối với một ăng-ten và phạm vi bức xạ là cố định, trong khi đầu đọc nhiều cổng có thể kết nối với nhiều ăng-ten và mỗi ăng-ten có phạm vi bức xạ khác nhau. Đầu đọc nhiều cổng này có thể chọn khu vực cần quét theo nhu cầu và khởi động cổng tương ứng để truyền tín hiệu qua ăng-ten tương ứng để phủ sóng khu vực đã chỉ định.
Chức năng định vị anten mảng pha
Về chức năng định vị của UHF Đầu đọc RFID, hãy lấy hai cổng mảng pha phổ biến trên thị trường: xSpan và xArray của Impinj làm ví dụ.
xArray là một cổng mảng pha vuông. Khi xArray được treo trên mái nhà, vùng phủ sóng của nó là một hình tròn, với tổng cộng 8 sector và 52 vùng bức xạ. Nó có thể được hiểu đơn giản là một đầu đọc 52 cổng được kết nối với 52 ăng-ten có các vùng bức xạ khác nhau.
Mẫu chùm tia xArray
xSpan là một cổng mảng pha hình chữ nhật. Cổng xSpan có thể được xem như một phiên bản đơn giản hóa của xArray. Khi xSpan được treo trên mái nhà, khu vực mà nó bao phủ là một hình chữ nhật với tổng cộng 13 vùng bức xạ. Nó có thể được hiểu đơn giản là một đầu đọc 13 cổng được kết nối với ăng-ten ở 13 vùng bức xạ khác nhau.
Mẫu dầm xSpan
Trong môi trường thực tế, các vùng bức xạ của các số liền kề chồng lên nhau. Khi cùng một thẻ được xác định trong nhiều vùng bức xạ được đánh số, vị trí cụ thể của thẻ có thể được tính toán theo kích thước RSSI. Quá trình tính toán là chuyển đổi chênh lệch RSSI thành chênh lệch khoảng cách, sau đó triển khai thông qua thuật toán định vị đa điểm. Tất nhiên, thẻ có khả năng rơi vào vùng bức xạ có giá trị RSSI lớn nhất.
Chức năng lớn nhất của cổng phased array là định vị, đánh giá vị trí và chuyển động của đối tượng. Hình sau đây cho thấy chuyển động của thẻ có thể được theo dõi bởi xSpan và xArray. Trong số đó, xSpan chỉ có thể theo dõi chuyển động của thẻ theo một hướng trục, trong khi xArray có thể theo dõi chuyển động của thẻ theo nhiều hướng khác nhau.
Theo dõi hướng cổng mảng pha
Để đảm bảo theo dõi đối tượng theo thời gian thực, cần đảm bảo tốc độ chuyển mạch ăng-ten đủ nhanh. Ngay cả khi chuyển mạch là 50ms mỗi lần, phải mất 2,5 giây để quét tất cả các vùng bức xạ của xArray. Do đó, trong ứng dụng theo dõi đối tượng, số lượng thẻ trong trường phải được đảm bảo. Nếu cần theo dõi độ chính xác cao, số lượng thẻ không được vượt quá 20; nếu muốn đạt được theo dõi tốc độ cao, số lượng thẻ không được vượt quá 50.
Trong các thử nghiệm thực tế, có một số lỗi nhất định do nhiều lý do khác nhau. Dữ liệu đo được trong môi trường lý tưởng không bị che khuất và phản xạ là: có lỗi xác suất 85% trong phạm vi 1,5 mét. Lỗi sẽ lớn hơn trong các môi trường phức tạp, đặc biệt là trong các cửa hàng bán lẻ có phản xạ trên kệ và tường, cũng như chiều cao xếp chồng và đặt thẻ, điều này sẽ ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của thử nghiệm. Tuy nhiên, so với các công nghệ truyền thống, việc sử dụng các cổng mảng pha cải thiện đáng kể độ chính xác và sự tiện lợi của việc định vị và tìm kiếm đối tượng.
Việc tối ưu hóa độ chính xác định vị của nhóm nghiên cứu Đại học Giao thông Thượng Hải chủ yếu được phản ánh ở cấp độ thuật toán. Trong giải pháp của họ, trước tiên họ cần đọc thông tin pha của tín hiệu phản xạ thẻ thông qua ăng-ten mảng đầu đọc của các nhà sản xuất như Impinj, sau đó tối ưu hóa thuật toán định vị dựa trên thông tin pha.
Độ chính xác định vị ở mức centimet được báo cáo trong tin tức trước đây là hiệu ứng đạt được trong điều kiện tương đối lý tưởng. Để đạt được độ chính xác như vậy, cần có nhiều điều kiện cụ thể. Nếu ở trong môi trường chung, dựa trên việc tối ưu hóa thuật toán, đây là một bước đột phá lớn để cải thiện độ chính xác định vị của giải pháp định vị RFID UHF từ khoảng 1 mét đến mức decimet.
Những tình huống nào phù hợp với định vị chính xác cao RFID UHF?
Độ chính xác định vị của UHF RFID là khoảng 1m, cũng thuộc về loại công nghệ định vị có độ chính xác cao. Hiện tại, công nghệ định vị không dây có độ chính xác định vị tốt nhất trên thị trường là UWB, có thể đạt được độ chính xác định vị ở mức centimet trong môi trường lý tưởng, nhưng trong các ứng dụng thực tế, có khả năng là ở mức decimet; trong khi độ chính xác định vị của Bluetooth AoA chỉ ở mức mét, và độ chính xác của công nghệ định vị thế hệ tiếp theo của Bluetooth "Channel Sounding" cũng khoảng 1m, vì vậy độ chính xác định vị của UHF RFID không tệ.
