何小洋　張平平

摘要：本文研究了一種基于窄波束天線的通信區(qū)域識(shí)別模型及其在室內(nèi)定位中的應(yīng)用，把具有窄波束、高增益的陣列天線、通信區(qū)域的探測(cè)及S-CRR方法相結(jié)合應(yīng)用于室內(nèi)定位系統(tǒng)中，能夠很好地提高室內(nèi)定位效率以及精度。

關(guān)鍵詞：窄波束天線;RFID;室內(nèi)定位

1 引言

2020年7月31日，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成備受世界矚目，人們對(duì)于定位的研究在不斷深入中，同樣，對(duì)于IL（Indoor Localization， 室內(nèi)定位）的研究，也表現(xiàn)出濃厚的興趣，但是面臨著一些問(wèn)題，比如說(shuō)精度低、功耗高、成本高等問(wèn)題，因此對(duì)于IL的探索具有十分重要的意義。對(duì)于IL面臨的這些問(wèn)題，有些文獻(xiàn)采用了基于Infrared、Ultrasonic Wave、UWB等室內(nèi)定位方法，也有些文獻(xiàn)采用了基于Bluetooth、Zigbee、WiFi的室內(nèi)定位方法，但是這些方法由于室內(nèi)環(huán)境比較復(fù)雜，受到多徑衰落、障礙物等因素的影響，定位效果不是很理想，在精度、成本、功耗等關(guān)鍵性指標(biāo)上差強(qiáng)人意。近年來(lái)，人們聚焦于RFID（Radio Frequency Identification， 射頻識(shí)別）技術(shù)的研究，并且嘗試著應(yīng)用于IL上，眾多研究表明，RFID應(yīng)用在IL上，在關(guān)鍵性指標(biāo)（精度、成本、功耗）上表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，因此將RFID應(yīng)用在IL的研究上具有重大意義。

2 研究?jī)?nèi)容

在以前研究的基礎(chǔ)上，本文提出了一種基于窄波束天線的閱讀器掃描探測(cè)和提取標(biāo)簽信號(hào)技術(shù)。窄波束隔空陣列天線是由多個(gè)天線陣元組成的陣列天線，采用波束賦形技術(shù)，通過(guò)改變天線單元的幅度和相位使方向圖滿足要求的一種技術(shù)，可以抑制垂直面上的旁瓣，減少對(duì)目標(biāo)探測(cè)的干擾，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了通信區(qū)域的探測(cè)方法，能夠很好地提高室內(nèi)定位效率以及精度。

3 實(shí)驗(yàn)方案

3.1 CRR的建立

我們把室內(nèi)平面劃分成M等份，在此基礎(chǔ)上遵循一定的縮放規(guī)則，如圖1所示，M等份體現(xiàn)為M小格，在每一小格的核心區(qū)域放上一塊RT（RFID Tag， 射頻識(shí)別標(biāo)簽），RR（RFID Reader， 射頻識(shí)別閱讀器）可以收到信號(hào)的小格視為“1”，收不到信號(hào)的視為“0”，其中閱讀器是由窄波束隔空陣列天線構(gòu)成的，標(biāo)簽與天線的頻率相同，最后經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理可以得到CRR（Communication Range Recognition， 通信區(qū)域模型）。

3.2一個(gè)RT的探測(cè)

CRR確定后，在水平方向上轉(zhuǎn)動(dòng)RR，定時(shí)發(fā)送信號(hào)給RT，如果RT能夠獲取ID的信號(hào)，RT會(huì)將所獲取的ID信號(hào)回傳給RR，基于此，系統(tǒng)可以識(shí)別出存在的RT并以此作為一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。如果RT不能夠獲取ID信號(hào)，RR將識(shí)別不了RT。

3.3 RT位置的計(jì)算

在實(shí)驗(yàn)中，不停地旋轉(zhuǎn)RR并且定時(shí)發(fā)射信號(hào)給RT（如果在CRR內(nèi)存在RT，那么RT會(huì)被識(shí)別），直到識(shí)別不到RT時(shí)停止旋轉(zhuǎn)。計(jì)算RT位置時(shí)面臨著兩種情況，一是可以通過(guò)CRR通信邊界角的相交點(diǎn)來(lái)確定位置;二是如果有多個(gè)相交點(diǎn)的話，可以通過(guò)相交點(diǎn)的重心來(lái)確定RT的位置。圖2所示為RT位置計(jì)算示意圖

4 結(jié)論

目前RFID定位技術(shù)大多采用多點(diǎn)測(cè)距方式實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定位，但是存在系統(tǒng)算法比較復(fù)雜、定位精度比較低等問(wèn)題。本研究方案設(shè)計(jì)了一種基于窄波束天線的通信區(qū)域識(shí)別模型，把具有窄波束、高增益的陣列天線、通信區(qū)域的探測(cè)及S-CRR方法相結(jié)合應(yīng)用于定位系統(tǒng)中，能夠很好地解決上述問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

何小洋（1989.4-），女，江西科技學(xué)院，講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)。