基于RSSI的RFID室内定位方法研究

摘要

位置信息在物联网领域中正发挥着越来越大的作用，作为支撑物联网的关键技术之一，射频识别(RFID)技术通过射频通信实现对目标的识别和管理，研究如何使用RFID技术获取目标的位置信息具有很好的应用前景。目前RFID室内定位主要根据阅读器读取标签的信号强度(RSSI)展开，然而环境噪声和多径效应会影响RFID的定位性能，因此研究基于RSSI的RFID室内定位方法十分重要。
　　首先，介绍了RFID的体系结构，工作原理，结合标签雷达差分反向散射功率与弗里斯传输方程，推导了自由空间下无源超高频(UHF)RFID系统链路模型，并给出了实际应用下的模型公式，理论分析了标签密集环境下的互耦效应，反射情形下的多径效应，以及标签贴附物对RFID系统链路的影响。
　　其次，针对在RFID室内定位中使用参考标签法存在的小样本问题，提出一种基于支持向量回归机(SVR)的RFID室内定位方法。在MATLAB环境下，对比经典的LANDMARC方法，测试了基于支持向量回归机的定位算法性能，以及互耦效应、多径效应对该算法定位结果的影响。结果表明:相较于LANDMARC方法,所提出方法在不增加参考标签数量的情况下定位精度至少提高了25.2％。
　　最后，针对小尺度衰落、标签贴附物等影响因素导致无源UHF RFID定位跟踪精度低、鲁棒性差的问题，提出一种基于容积卡尔曼滤波(CKF)的强跟踪Rauch-Tung-Striebel平滑算法(STCKF-RTS)。在传统强跟踪滤波理论基础上，采用三阶容积准则替代雅各比矩阵的求解，继承了强鲁棒性的同时提高了算法处理非线性系统的能力;融入RTS后向平滑理论提高了算法的精度。在开阔的室内环境下测试了小尺度衰落、同频干扰、标签贴附物三种因素下的算法性能，实验结果表明，在这三种因素影响下，对比其它跟踪算法，本文提出的算法精度分别提高了至少24.1％，7.1％，7.6％。

目录

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致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 物联网概述

1．1．2 室内无线定位技术

1．1．3 RFID技术发展概况

1．2 RFID室内定位技术研究现状

1．3 论文结构和主要研究内容

第2章 RFID室内定位相关概念和原理

2．1 RFID系统构成

2．2 RFID系统工作原理

2．2．1 RFID系统分类

2．2．2 电感耦合方式

2．2．3 电磁波反向散射耦合方式

2．3 无源UHF RFID系统链路模型

2．3．1 互耦效应

2．3．2 多径下的反射损耗

2．3．3 标签贴附物

2．4 RFID室内定位方法分类和原理

2．5 本章小结

第3章 基于支持向量回归机的RFID室内定位研究

3．1 支持向量机概述

3．2 SVR模型

3．2．1 线性回归机

3．2．2 非线性SVR

3．3 基于SVR的RFID定位原理

3．4 仿真结果与分析

3．4．1 SVR定位算法性能

3．4．2 互耦效应对定位结果的影响

3．4．3 多径效应对定位结果的影响

3．5 本章小结

第4章 基于强跟踪RTS平滑器的RFID室内定位

4．1 滤波算法在定位跟踪中的应用

4．2 非线性滤波理论

4．2．1 EKF算法

4．2．2 UKF算法

4．2．3 CKF算法

4．2．4 实验结果比较

4．3 强跟踪RTS平滑器

4．4 实验结果与分析

4．4．1 算法性能比较

4．4．2 同频干扰对算法性能的影响

4．4．3 标签贴附物对算法性能的影响

4．5 本章小节

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况