基于射频技术的室内三维定位技术研究

RGB_lamp

摘要∶无线定位技术在实际的应用获得了越来越多的社会关注，各项科研人员都对室内定位技术的广泛运用产生了强烈的兴趣；RFID有着非常多的优点，包括了非视距、精度高、费用低以及传输范围广；从当前的发展来看，RFID二维定位方法正在逐步向完善性与成熟性演变，然而以三维空间为分析对象的研究进展依旧不能符合当前发展与行业应用条件；通过3D-LAND-MARC定位分析模型和相关技术的分析为基础，要保持同样的系统设备工作运转情况下，提升了实际定位过程中优化实现系统定位的性能

随着现代各项技术的飞速发展，无线定位技术的研究获得了人们大量的关注。现在针对二维RFID定位技术的研究己日趋成熟，现有的很多LANDMARC算法逐渐的被提出改进并且不断更新发展1。伴随着应用范围的不断扩大，定位问题在三维空间也被逐渐关注。由于把原有的技术直接运用到三维空间，会因为三维空间的非常复杂应用环境导致定位效果变差，因此需要设计简单、精度高和产生费用的RFID三维定位算法，这些对于RFID定位技术在实际应用中的推广有着非常重要的作用21。在这个基础上，本课题主要对三维LANDMARC算法进行深度的研究，获得了初步的两种改进算法。使用实验结果的比较结果，两种改进的算法使定位性能恒定地提高。这对于RFID室内定位系统的普遍适应性和不定室内环境中定位技术的运用也有很大的进步和价值。
图1可以看到RFID系统完成通信的整个过程。首先发射天线和内置接收天线进行连接，然后它们之间的频率和频率产生的射频信号会进行连接，也就是有了数据的互通；然后读取器在经过信号处理模块后可以对接收到的信息进行调制解调，在里面提取出有效的信息；有效信息经过系统处理后，被传送到服务器中，目的就是为了识别标签。在以上的系统操作结束后，服务器会以逻辑为标准发出不同的操作命令信号，从而达到对阅读器不同操作的控制。
3 G  A+ G6 F3 l
6 k4 c) y1 `1 Y5 lSpot ON定位系统的研发起源于21世纪初期，是Jeff-rey Hightower等学者首次提出，他们通过采集数据信号值得强弱对其划分信号类型，并以此计算出采集的无线信号从标签到阅读器的数值距离，再通过RSSI值减少环境影响，最后利用三角估测法得到在坐标系中的位置4】。该系统能够利用预设的标签实现阅读器数据量的精简，不仅可以提高位置精度，还能降低成本消耗，这就给RFID定位系统在实际中的应用得到了更多范围。
7 U9 W/ L) y1 ^; t目前国内外RFID技术在室内三维空间中的应用探索都还是在摸索的阶段。现场三维定位系统是本世纪初首次被提出的RFID三维定位系统。这个系统本身是二维空间应用的，所以在实际应用中有着很多的缺陷。此前地标定位系统在二维平面定位服务中被成功的应用，从而普及了让系统从二维平面过度到三维空间应用的思考和研究51。尽管Ayubkhan等人在2009年推出过一种三维地标RC算法。但是这种算法的中心思想还是二维平面中的，没有设想到三维空间中存在的复杂性，这种算法应用的时候会产生很大的误差，因此还需要对定位精度做出提升。
8 H  j  M6 L* ~! y$ E4 S; f首先LANDMARC经典算法的基本原理思路是得到参考标签与目标标签的RSSI值，再利用其差值运算，得到k 个临近标签的位置信息，将这些标签进行数据处理得到加权值，最后结合加权值与标签得到位置信息。在该算法的基础上添加读写器、标签实现精准定位作用。此算法中存在少许的缺点∶1）如果阅读器和参考标签布放过多的话会产生大量的干扰信号从而导致误差增大，若放置太少又会导致收集不到信号导致数据不准确，从而影响定位精度；2）K 值的选择很关键，在不同区域、不同环境下要选择最合适的K值，这样才能达到最合适的定位效果；3）当待定标签被放在边缘上或者角落里的时候，实验得出的结果和真实的结果有很大的误差。本论文后面的研究中提出了对LANDMARC算法的一起改进方法，对此算法进行了优化。其中本文采用的是坐标修复值的改进算法，改善目标位置以此来减小误差，提高定位精度，虽然该算法提计算难度增大，但值得注意的是本论文在仿真时，并没有引入障碍物等一系列复杂环境的因素，该修复算法可以在实际应用中可以考虑通过此类方法对LANDMARC算法进行改进修复。
+ X% _0 G# |& f) T, V! D& K' r最后，将射频技术应用于算法中，该算法是以三维LANDMARC系统为基础的改进型算法。本文的研究是通过Chan 氏算法获取预定位，然后将预定位信息结合Taylor 级数进行运算，利用梯度下降法去除误差，利用RFID技术提供的坐标值建立室内三维模型，降低了误差，提高了定位精度和算法的可靠性。改进了LANDMARC系统进行仿真是成本大、需要太多计算以及参考指标太多的不足。
( S+ ^: v% m5 x) w9 I
6 R6 V0 G1 k9 R# ~! y1、RFID室内定位技术
1.1  RFID室内定位系统基本框架
6 f- N8 _* \( QRFID定位系统含有两个部分，分别是无线传感网络WSN与数据传输网络DTN，后者的功能是利用服务器和阅读器的信息交换，实现两服务器端的通信传输。该系统的传输方式分为无线传输和有线传输，都可以实现信息传递。本文的设计框架如图2所示。
( ^& q, y, |2 h) r2 @* s) D如图2所示，在这个RFID室内定位系统中，使用的无线传感器网络的组件可以根据其功能来划分，读写器和电子标签两种，由此这两个组件可以组成一个布局阵列，提供给网络。在室内要对目标进行定位的时候，可以将阅读器或电子配置标注到目标表面积压处，通过阅读器的布局和电子标签阵列可以从射频信号的一组位置参考标签中识别出来，然后根据服务器的相应指令把rf信号转换为定位所需信息，读卡器就会接收到读出的信息。数据传输网络可以让服务器发出的不同指令并且向无线传感器网络指派不同的信号，可以将无线传感器接收到的信号反馈给服务器。通过服务器实现信号的采集，然后将于定位相关的信息建立成矩阵的形式，用于后续处理，结合神经网络、数值分析等方法对数据进一步运算，最后结合数据信息采用算法进行定位，运算出目标点的位置信息。
  T! G& W8 F/ @- X' W

Crash

认真学习技术知识，就是爱学习啊。

Maskman

哈哈哈，看看。