搜索
实时定位系统关键技术分析实时定位系统关键技术分析北京航空航天大学杨东凯杨东凯2009年7月目录一、概述、概述二、主要分类三、关键技术四实验室基础四、实验室基础一、概述实时定位系统（RealTimeLocationSystem）是一种用无线通信技术跟踪资产和人员的、先进的、具有适应性的、经济的解决方技术跟踪资产和人员的、先进的、具有适应性的、经济的解决方案。广义上来看，任何能提供实时定位的系统都可以称为实时定位系统（RTLS），如GPS、GALILEO、北斗等。(在本领域)通常所说的RTLS是基于射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）技术，可在有限的区域内，如企业内部、校港仓库等财产车辆精确的实校园、港口、仓库、医院等，对财产、车辆和人员进行精确的实时跟踪定位。近几年有源RFID（射频识别）技术在实时定位系统（RTLS）近几年，有源RFID（射频识别）技术在实时定位系统（RTLS）中的应用迅速发展。RFID发展历程20世纪50年代20世纪60、70年代20世纪80、90年代实验研究商业应用全面发展实验研究商业应用全面发展目录一、概述、概述二、主要分类三、关键技术四实验室基础四、实验室基础系统般由个控制中个读系统一般由一个控制中心，m个读写器和k个标签组成。基于定位设备可分为：¾控制中心定位¾标签定位控制中心定位控制中心定位标签发送信号，由读写器接收数据，并统一传送到控制中心，由标签发送信号，由读写器接收数据，并统传送到控制中心，由控制中心进行定位。12im1mjkm-1m标签定位标签定位控制中心控制读写器发送信号，标签接收信号，并计算出标签的控制中心控制读写器发送信号，标签接收信号，并计算出标签的位置。12jikm-1mjk基测技术定位常的方法分为基于测距技术定位常用的方法可分为：到达时间(Time-of-Arrival：TOA)到达时间差(Time-Difference-of-Arrival：TDOA)信号强度测距(SignalStrengthRanging：SSR)到达角度测距(Angle-of-Arrival：AOA)近场电磁测距（NFER）基多址方式分为基于多址方式可分为：空分复用（SpaceDivisionMultiple,SDMA）频分复用（FrequencyDivisionMultiple,FDMA）FDMA）时分复用（TimeDivisionMultipleTDMA）时分复用（TimeDivisionMultiple,TDMA）码分复用（CdDiiiMltilCDMA）码分复用（CodeDivisionMultiple,CDMA）基于工作频率可分为：中低频（125kHz、225kHz）典型作用距离：高频（13.56MHz）10~30cm超高频（433MHz，868/915MHz）典型作用距离微波（2.45GHz，5.8GHz）距离：3~15m目录一、概述、概述二、主要分类三、关键技术四实验室基础四、实验室基础防碰撞算法抗多径衰落到达时刻关键到达时刻精确测量关键技术其他数据安全应用环境建模安全境建模3.1防碰撞算法Aloha算法¾纯Aloha算法¾时隙Aloha算法¾帧时隙Alh算法¾帧时隙Aloha算法¾动态帧时隙Aloha算法二进树搜索算法二进树搜索算法¾基于FM0编码的二进制树搜索算法¾改进型Bit-to-Bit二进制树搜索算法改进型进制树搜索算法Query-Tree（QT）协议¾确定性前缀¾随机前缀混合防碰撞算法、基于CDMA的防碰撞算法及利用智能天线技术的防碰撞技术将是今后的重点研究方向能天线技术的防碰撞技术将是今后的重点研究方向。3.2抗多径衰落技术RTLS应用在室内时多径效应非常明显严重影响定位精度RTLS应用在室内时多径效应非常明显，严重影响定位精度。必须建立相应的多径模型，采取抗多径技术以减小这一误差。差。抗多径衰落技术均衡技术均衡技术¾线性均衡（实现简单、误差大）¾非线性均衡（判决反馈均衡、最大似然序列估计）¾非线性均衡（判决反馈均衡、最大似然序列估计）分集接收¾空间分集¾空间分集¾频率分集¾时间分集时间集RAKE接收3.3到达时刻的精密测量TOA方案与TDOA方案中测量的精度直接取决于发射信号TOA方案与TDOA方案中，测量的精度直接取决于发射信号与接收信号对应数据位的时间差（可转化为接收信号的到达时刻）的测量精度。达时刻）的测量精度。到达时刻的精密测量整数部分不存在误差整数部分不存在误差小数部分：精度取决于AD的位数N，可达到；为AD参考电压/2NREFVV为AD参考电压REFV3.4数据安全在与安全有关的应用中例如出入系统或作为支付手段和在与安全有关的应用中，例如出入系统或作为支付手段和发售机票、车票等，必须采取安全措施以防止“黑客”的蓄意攻击。蓄意攻击。互相对称的鉴别互相对称的鉴别数据安全ID识别号密钥Km密钥Kx密钥Kx用导出密钥的鉴别数据安全加密的数据传输35应用环境建模3.5应用环境建模不同的应用环境对应不同的多径及电磁传播模型需不同的应用环境，对应不同的多径及电磁传播模型；需要对应用环境建模以减小测量误差。其他关键技术3.6其他关键技术读写器的布局方式读写器的组网方式系统容量的提高（采用码分多址等技术）目录一、概述、概述二、主要分类三、关键技术四实验室基础四、实验室基础实验室基础软件仿真台软件仿真台RFIDRFID软件仿真平台软件仿真平台••网络层网络层--标签标签布局布局读写器位置读写器位置--读写器位置读写器位置--统计统计量量设设置置••节点层节点层--链链路路层层--发发射机射机--接收机接收机进程层进程层接收机接收机--天线模型天线模型••进程层进程层--数数据据处处理理--命令命令发发送送--防防碰碰撞算法撞算法空中接口协议空中接口协议--空中接口协议空中接口协议ISO18000-6C标签模型的实现ISO18000-6C读写器模型实现init状态是读写器的初始化状态，为仿真注册和初始化统计变量。query状态用于向发射机发送Query命令ack状态用于向发射机发送ACK命令状机令queryrep状态负责向发射机发送QueryRep命令queryadj状态负责向发射机发送queryadj状态负责向发射机发送QueryAdjust命令自动返回到idle状态，由它负责调配下一步的行动下步的行动理论计算与仿真分析理论计算与仿真分析基于Aloha的ISO18000-6C防碰撞算法分析最优帧长的选取一致统计模型仿真测算仿真测算针对协议识别效率的仿真测试针对协议识别效率的仿真测试6C协议100标签在不同帧长的识别时间6C与6B协议100标签识别时间比较为为RFIDRFID系统系统研究提供软件测试研究提供软件测试与与仿真工具仿真工具为为RFIDRFID系统系统研究提供软件测试研究提供软件测试与与仿真工具仿真工具RFIDRFID系统硬件仿真实验平台正在研究系统硬件仿真实验平台正在研究用DSP实现TYPEB/C协议部分功能用DSP实现TYPEB/C协议部分功能FPGACRC校验解码正确数数据&CRCDDS、090ADC、ASK/PSK非相FIFO据数据&CRC0相干解调数据CRC生成加长编码ASK调制FIFODAC…DDS、DAC数据CRC生成加长编码ASK调制…时钟时钟DSP时钟等调制、解调数据时钟模块时钟模块调制、解调编码、解码ADC/DAC时钟等滤波器利用FPGA实现信号的处理部分功能区域导航定位系统区域导航定位系统作用范围作用范围500km500km，定位精度，定位精度10m10m解决了高精度时间测量与数据快速解算问题解决了高精度时间测量与数据快速解算问题高灵敏度接收机高灵敏度接收机//室内定位系统室内定位系统高灵敏度接收机高灵敏度接收机//室内定位系统室内定位系统室内定位系统微弱卫星信号捕获结果（天线置于临窗桌子处）解决了室内高灵敏度信号接收处理问题解决了室内高灵敏度信号接收处理问题卫星导航接收机关键部件卫星导航接收机关键部件卫星导航接收机关键部件卫星导航接收机关键部件解决了小型化和低成本的问题解决了小型化和低成本的问题