摘要 识别和定位是用于室内服务的关键信息，常见方法是估计RFID标签的位置。而在室内环境下，信号遭受严重的损耗，标签的性能也会受到一定的限制。针对这些问题，文中对现存的RFID定位技术和定位原理加以总结，在对RFID定位技术进行阐释和分类分析的基础上，讨论了在此领域的未来发展趋势。
关键词 RFID；定位；定位算法
随着环境感知在室内导航、物流管理、控制接入、实时监控等领域的广泛应用。室内定位感知系统以及无线网络的定位研究备受关注，关于RFID(Radio Frequency IdentifICation，RFID)定位技术的研究课题开始出现。基于RFID标签的定位技术遵循无线定位的基本原理准则，考虑到RFID技术的特殊性和限制性，未来定位方法要注重从射频传播模型、读写器的多样性、可扩展性等方面进行研究。文中主要对目前存在的RFID定位技术加以总结，介绍现代室内无线网络中广泛应用的定位原理，并对主要的RFID定位方案进行了分类。
1 RFlD技术
RFID是一种非接触式自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID系统主要由：标签、读写器和数据库管理单元3部分组成，如图1所示。
其工作原理是标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发出存储在芯片上的信息；或者主动发送出某一频率的信号。读写器读取信息并解码后，送至数据管理系统进行数据处理。
RFID标签可分为两种：有源电子标签，标签的工作电源完全由内部电池供给，同时标签电池的能量供应也部分地转换为电子标签与读写器通信所需的射频能量。无源电子标签没有内装电池，在读写器的读出范围之外时，电子标签处于无源状态，在读写器的读出范围之内时，标签从读写器发出的射频能量中提取其工作所需的电源。无源电子标签体积小、成本低，但在读写距离及适应物体运动方面比有源电子标签差。
RFID读写器由天线、射频收发模块、信号处理单元、控制单元和接口电路组成。射频收发模块完成射频信号接收、发射、调制解调和功率控制；信号处理单元的主要功能为防冲突算法的实现和信息加密、解密、校验和纠错；控制单元协调整个读写器的工作；接口电路完成读写器和数据管理系统之间的数据传输。
数据管理系统由数据库完成数据的存储和管理，它通过各种接口和分布于各处的RFID读卡器通信，实时获取RFID读写器捕获的标签信息。
2 室内无线网络定位原理
室内环境无线信号的传播往往受到多径、非视距、衍射和反射的影响，使得目前已提出的室内定位算法并不能精确地测量信号。定位算法可以归类为距离估计法、场景分析法和邻近法。
(1)RSS：发射信号强度的衰减与发射机和接收机之间的距离成函数关系。依据相应的传播信号路径损耗，把信号强度转化为距离进行定位，待定位点最少需要3个参考点参与计算。基于RSS的系统通常需要自适应机制以减少室内环境下多径衰落及阴影效应的影响。
(2)TOA：参考点与待定位点的距离与信号的传播时间成比例关系。基于到达时间的系统最少需要3个不同的测量装置来完成二维定位。 TOA系统要求所有的发射机和接收机之间保持时间同步。如果有多个参考点，采用最小平方算法以减少定位误差。
(3)TDOA：TDOA依据待定位点发射信号到达多个测量装置的时间不同，把时间差转化为距离差，以确定待定位点的相对位置。TDOA方法至少需要3个测量装置参与距离差的测量，要求测量装置之间保持时间同步。由于室内环境非视距和多径效应的特点，影响了信号的传播时间，降低了定位精度。
(4)RSP：采用信号波长分式表示时延来估计距离。这种方法要求发射机放在特定位置并且假设发射机发射完全正弦信号。利用和TOA相同的算法测量相位值估计位置，也可以利用和TDOA相同的算法测量相位差值实现定位。RSP方法的缺点是应用于室内环境时，要求满足视距传播路径来减少定位误差。
(5)AOA：主要利用方向天线或阵列天线测量待定位点信号直线到达接收机的角度信息来确定待定位点的位置。这项技术要求的设备复杂，并且无法克服阴影效应和多径的影响。
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2．2 场景分析法
场景分析法由两个步骤组成：(1)收集相关的环境信息。(2)通过把实时测量值与指纹集相匹配来估计待定位点的位置。常用的有基于信号强度的指纹识别技术。指纹识别技术主要分为K-近邻法和概率统计法。
K-邻居法：首先，测量已知位置的接收信号强度值，并且建立RSS数据库。然后，在实时测量阶段，用待定位点的RSS值与之前建立的信号空间相匹配，利用均方根法寻找K个最近值，确定出待定位点的位置。
概率统计法：依据后验概率和贝叶斯准则，假设有Ⅳ个位置作为测量参考点，测量待定位点移动时的信号强度矢量，选择概率最高的作为待定位点的位置。一般来说，概率统计方法涉及4个阶段：校准、动态学习、误差估计和历史追踪。
2．3 邻近法
这种方法主要依赖天线的排列密度。当待定位点进入到一个接收机天线辐射区域时，它的位置假定为此接收机位置。当有多个天线检测到待定位点时，待定位点的位置假定为接收信号最强的接收机位置。这种方法简单且较易实现，但是，准确性与天线相关。
3 射频识别定位方法
目前已提出有多种不同的RFID方法，这些方法把室内定位原理与RFID技术自身的特性相结合。
RFID定位方法可以分为：距离估计法、场景分析法、约束法。
3．1 距离估计法
(1)SpotON：SpotON系统采用可调整的长距离主动RFID标签，多个读写器收集标签的信号强度测量值，通过定义的函数来估计标签与读写器之间的距离，使用最小二乘法进行计算。
(2)SAW ID—tags：表面声波识别标签全部是无源标签，标签采用脉冲压缩和编码技术。测定每个标签脉冲反应的频率，接着标签重新传送相关信号。重传信号有一个自相关峰值，产生幅度值最高的脉冲响应标签就是待定位点的标签。基于信号到达时间的方法测量每个读写器i与标签之间的距离如式(1)所示。
其中，Tsys是系统的时间延时；Tcable,i是预校准脉冲期间接收天线和解调器之间电缆传输延时；TSAW是所有标签的时间延时。有3个估计距离时，系统用三边测量法定位标签。
(3)LPM：本地位置测量系统采用有源标签，读写器与已知固定位置的参考标签(RT)同步运行。在收到激活指令后，选定的测量标签(MT)在时刻TMT响应。每个读写器Ri相应的时间差值通过式(2)计算
计算至少3个读写器的时间差值，用加权平均法估计标签的位置。
(4)RSP：RSP也称为波达方向(Direction of Arrival，DOA)，利用接收机处的阵列天线和波达方向估计技术，确定接收机到信源的波达方向，利用多个接收机估计的DOA进行三角测量，方向线的交点就是信源的估计位置。
3．2 场景分析法
(1)LANDMARC：LANDMARC系统主要采用K-近邻法。已知位置的参考标签规则地分布在室内，读写器有8个不同的能量等级，通过比较读写器接收到待定位标签与参考标签信号强度值的大小来找出离待定位标签最近的几个参考标签。
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