基于RFID中间件的三维空间定位算法研究

发布时间：2018-02-28 18:40

本文关键词： RFID 三维空间定位 RFID定位中间件　出处：《华南理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：精确高效的目标定位对于大量已经存在和即将出现的应用具有重要的意义。RFID系统以其具有的快速扫描、体积小、可重复使用、容量大、安全性高、抗干扰能力强等优点在物流跟踪、仓库管理、人员管理、自动操作等方面获得了广泛的使用。已经存在的定位技术包括GPS、Wi-Fi、Bluetooth、Zig Bee、RFID、RFID UWB,每种技术都有其优缺点和具体的适用范围,综合成本、精度、范围、能耗四个方面的综合衡量,RFID成为室内定位的一种优选方案。RFID定位算法根据使用的场景不同有不同的分类方法。根据定位目标的不同可以分为:主动式定位和被动式定位;根据定位的方法可以分为:基于方向测量的定位(Angle of Arrival,AOA)、基于信号强度的定位(Received Signal Strength Indicator,RSSI)、基于到达信息(Time Of Arrival,TOA和Time Difference Of Arrival)的定位;根据空间维度可以分为:二维空间定位、三维空间定位。目前二维空间的定位算法已经有了大量的研究,三维空间的定位由于环境的复杂性、空间的多维性、噪声的干扰等因素的影响,三维空间定位在提高定位精度、节省定位成本是一个较大的挑战。本文介绍了已有RFID二维和三维空间定位算法,总结算法的优点和缺点,提出了一种改进三维空间无源标签定位算法和一种改进三维空间有源标签定位算法,算法的仿真与对比验证了算法的精确性;同时本文提出了扩展已有的RFID中间件的定位中间件架构设计与实现。本文进行的主要工作包括:(1)分析RFID三维空间定位算法研究现状,总结已有RFID三维空间定位算法的优缺点。对现有RFID中间件和RFID定位引擎架构进行分析研究,为RFID定位中间件的架构设计奠定基础。(2)提出一种改进Nelder-Mead最小化误差函数目标定位和APM目标定位的三维空间无源标签定位算法,算法通过划分阅读器信号强度等级估计阅读器到目标标签的距离,使用基于距离的三球交汇公式估计目标标签坐标,最后使用最小二乘法的平面拟合估计减少目标标签估计误差;算法的数据仿真对比表明,本算法使用8个阅读器和Nelder-Mead最小化误差函数算法使用64个阅读器得到相近的定位误差,同时本算法误差范围为0.2-0.7m,APM算法误差范围为0.2-1.8m,本算法有更高的定位精度和误差稳定性。(3)提出一种改进Nelder-Mead最小化误差函数FBM方案的三维空间有源标签定位算法,算法通过估计阅读器发射信号球在上下平面的截面圆心和圆半径,使用数学模型求解目标阅读器的坐标;算法的数据仿真对比表明,本算法误差范围为0.4-0.62m,Nelder-Mead最小化误差函数FBM的定位误差范围为0.55-0.7m,本算法具有更高的定位精度和边界误差稳定性。(4)研究扩展RFID中间件的RFID定位中间件架构设计与实现。扩展RFID中间件定位处理层包括数据融合模块、定位模块、Web视图模块三个大的功能模块,同时RFID定位中间件集成三维空间有源标签定位算法和无源标签定位算法具体实现。(5)针对改进算法的数据测试与扩展RFID中间件架构设计与实现的性能测试。本文为基于RFID的三维空间室内定位研究与设计,提供了有益的借鉴。
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【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.44

【参考文献】