用UHF RFID實現(xiàn)厘米級定位,靠不靠譜?潛力如何?
關(guān)于用RFID技術(shù)做定位應用,在我們最近幾個版本的“RFID無源物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)白皮書”中,都有進行討論,每年都有不一樣的內(nèi)容,所以,今年的白皮書中,我們繼續(xù)討論一下這個話題。
首先,在需求層面,用RFID無源方案做定位方案的潛在需求很大。
定位功能是一種資產(chǎn)管理,而RFID技術(shù),也是一種資產(chǎn)管理,可以理解為,定位是一種要求更高的資產(chǎn)管理,因為它需要知道物品的位置信息。
如果在項目上碰到了有部分場景一定要追蹤位置,目前就會單獨采用定位方案,比如GNSS、UWB、BLE等,但這樣的方案相比于RFID來說,就貴了很多,在很多低成本的場景中,其實有大量的位置管理需求,只是目前的定位技術(shù)方案成本都太貴,無法滿足這些場景的成本要求,所以需求釋放的比較緩慢。
而如果用低成本的UHF RFID技術(shù)就能滿足定位需求,那對于解鎖大量的資產(chǎn)管理場景的定位需求是有很大幫助的,正是有這樣的需求動力存在,所以行業(yè)一直在不斷探索用RFID方案來做定位。
其次,再重點討論一下我們看到的幾種基于RFID無源技術(shù)做的定位方案
第一類,用讀寫器陣列天線方案
相位列陣天線又叫相控陣天線,指的是通過控制陣列天線中輻射單元的饋電相位來改變方向圖形狀的天線??刂葡辔豢梢愿淖兲炀€方向圖最大值的指向,以達到波束掃描的目的。可以簡單的理解為,傳統(tǒng)的天線只有一個固定的輻射圖,而列陣天線可以有多個不同方向的輻射圖。當超高頻RFID系統(tǒng)中使用了相位列陣天線后,可以將一個天線變成多個不同方向的天線,如下圖所示,為一個帶有相位列陣天線的網(wǎng)關(guān)輻射圖,原有的天線主瓣輻射軸θ=0°,對列陣天線中指定輻射單元進行相位調(diào)整后,其主瓣輻射軸會發(fā)生偏轉(zhuǎn),最大可以偏轉(zhuǎn)45°。采用下圖方案的相位列陣網(wǎng)關(guān),對比傳統(tǒng)方案,覆蓋范圍大幅增加,原有的3dB輻射角度為30°,現(xiàn)在變?yōu)?20°。
相位列陣網(wǎng)關(guān)具體工作時可以理解為一個單端口閱讀器變成一個多端口閱讀器(相位存在多少種組合對應多少端口),原來單端口的閱讀器只能接一個天線,輻射范圍固定,而多端口閱讀器可以接許多個天線,且每個天線輻射的范圍不同,這個多端口閱讀器可以根據(jù)需求選擇需要掃描的區(qū)域啟動對應的端口發(fā)射信號通過對應的天線覆蓋指定的區(qū)域。
目前市場上有Impinj、Zebra、上海交大的一個科研團隊等,基于讀寫器陣列天線的原理做出了高精度定位產(chǎn)品。
這個方案的優(yōu)勢是可以對標簽進行較為精準的定位管理,且也不用對標簽進行特別的要求,不過缺點很明顯,就是需要布設大量的讀寫器,且這類讀寫器產(chǎn)品價格也比較貴,綜合下來成本很高,目前市場上只有少量的場景進行了落地應用。
第二類,在固定運行線路上提前布置RFID標簽,通過運動設備上安裝讀寫器來定位
這類定位方案大致原理是,提前在固定運行的路線安裝密集的UHF RFID標簽,而讀寫器與天線安裝在要測量的設備上,提前采集運動的設備在每個地點讀取到的信號RSSI與相位信息建立“指紋庫”,在實際運行的時候再匹配這樣的“指紋”特征以確定具體的位置。
提前建指紋庫定位的方案在定位技術(shù)中也常用,比如藍牙Beacon、地磁定位等,也都采用這樣的“指紋庫”原理。
這個方案的優(yōu)勢就是可以用較低的成本就可以確定精準的運行軌跡(指紋庫辨識度可以做到厘米級定位精度),但是缺點也很明顯,就是只能在固定的運行軌跡場景使用,比如工業(yè)中有軌道的裝置,AGV小車等場景。
第三類,基于讀寫器的位置做區(qū)域性定位
用RFID方案做定位功能還有一種思路,就是測算讀寫器設備的位置信息,因為讀寫器(比如手持機)一般工作的具體只有幾米,知道了讀寫器的某個位置后,也就大約知道在這個位置讀取到的標簽的大概位置。
這個方案只需在室內(nèi)環(huán)境中布設一個定位單元(3-4個基站),用常見的UWB/藍牙/有源2.4G等都可以做到,需要在手持機這樣的讀寫設備上進行定制開發(fā),支持定位能力。
這個方案的優(yōu)勢就是成本很低,在一個倉庫中,一個定位單元就可以搞定,且不需要對RFID標簽有什么限制,缺點就是位置讀取精度不是很高,且也不是實時的讀取,不過對于資產(chǎn)盤點且需要知道位置信息的場景比較合適。
總結(jié)來看,市場目前之所以出現(xiàn)了這三類基于UHF RFID無源技術(shù)的定位方案也都是為了滿足不同應用場景的需求,所以,不排除未來有其他的基于UHF RFID技術(shù)的定位方案出現(xiàn),不過目前用無源RFID做定位的場景還遠沒有充分開發(fā)出來,這個市場我們會持續(xù)關(guān)注。
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