基于RFID的室内定位系统技术研究

论文摘要

射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)技术是自动识别技术在无线电方面的具体应用,它具有非接触,抗干扰能力强、识别时间短、保密性高、费用较低的优点,被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。随着通信技术的发展以及数据业务和多媒体业务的快速增加,人们对室内定位的需求日益增大,尤其在机场大厅、医院、地下停车场、矿井、码头等环境中,常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品的位置信息。但复杂的环境特性,使得室内定位技术是近年来研究的难点和重点。本论文针对基于RFID的室内定位技术进行了系统的研究。主要工作概括如下:1、通过大量文献资料,对室内定位技术进行综述,当中包括各项技术的原理、特点和成功案例。然后介绍了RFID的系统组成、工作频率,发展现状和优势,从而引出了本课题的研究内容。2、深入分析了目前RFID室内定位技术的各种方案。其中,研究重心在基于信号相位差的定位法上。对此,本文提出了利用IQ解调法来获取相位。除了有严格的数学公式推导外,还依据公式在MATLAB平台上搭建了超高频(915MHz)模型。通过仿真,验证了方法的可行,并估算出相位差定位法的误差。3、介绍了基于相位差法的无源RFID室内定位系统的硬件实现。文章的重点在阅读器的模块实现上,主要有射频信号发生器,功率放大器,IQ解调,小信号放大以及MCU控制模块。最后对系统的调试过程做了概述。4、介绍了该系统的软件部分。当中包括无源RFID的EPC C1 Gen2协议和微控制器中的软件模块。在系统测试中,文章给出了定位数据,并与实际值和RSSI定位法的结果做了对比。5、重点讨论了影响定位精确性的因素。当中包括多径传播,NLOS传播和标签旋转。通过理论分析,说明了多径和非视距对基于时间测量定位法的影响;通过测量数据,表明了标签的旋转角度对基于相位差定位法的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 定位技术概述
• 1.2.2 RFID 技术概述
• 1.3 本文的研究内容与主要工作
• 第二章 RFID 室内定位技术研究
• 2.1 引言
• 2.2 基于信号到达时间定位
• 2.3 基于信号到达时间差定位
• 2.4 基于信号到达角度定位
• 2.5 基于空间划分定位
• 2.6 基于信号强度定位
• 2.7 基于信号相位差定位
• 2.7.1 相位差定位原理
• 2.7.2 误差分析与公式修正
• 2.7.3 相位的获取
• 2.7.4 基于MATLAB 平台的仿真
• 2.8 本章小结
• 第三章 无源 RFID 室内定位系统的硬件组成
• 3.1 引言
• 3.2 RFID 阅读器的实现
• 3.2.1 射频信号产生电路
• 3.2.2 功率放大电路
• 3.2.3 环行器
• 3.2.4 IQ 解调电路
• 3.2.5 可变增益放大器
• 3.2.6 微控制器
• 3.3 RFID 标签
• 3.4 系统调试与模块测试
• 3.5 本章小结
• 第四章 无源 RFID 室内定位系统的软件实现
• 4.1 引言
• 4.2 EPC C1 Gen2 协议
• 4.2.1 协议概述
• 4.2.2 调制与编码
• 4.2.3 通信过程与指令
• 4.3 微控制器的软件实现
• 4.3.1 芯片的初始化
• 4.3.2 指令的实现
• 4.3.3 信号的采集与处理
• 4.4 定位结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 RFID 室内定位的误差分析
• 5.1 引言
• 5.2 多径传播
• 5.3 NLOS 传播
• 5.4 标签的旋转
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢