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1、B E II H A N G UNIVERSITY实时定位系统关键技术分析北京航空航天大学杨东凯2009年7月 、概述二、主要分类三、关键技术四、实验室基础一、概述实时定位系统（Real Time Location System）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 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（Radio Frequency Identification, RFID）技术，可在有限的区域内,如企业内部、 校园、港口、仓库、医院等
2、，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） 中的应用迅速发展。RFID发展历程20世纪50年代实验研究 一、概述二、主要分类三、关键技术四、实验室基础霁蒂嬲盘控制中心01个读写器基于定位设备可分为:-控制中心定位标签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 控制中心进行定位。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 位置。基于测距技术定位常用的方法可分为：到达时间(Time-of-Arrival： TO A)到达时间差(Time-Difference-of-Arrival
3、: TDOA)信号强度测距(Signal Strength Ranging： SSR)到达角度测距(Angle-of-Arrival： AOA)近场电磁测距(NFER)基于多址方式可分为: 空分复用(Space Division Multiple, SDMA ): 频分复用(Frequency Division Multiple, FDMA )时分复用(Time Division Multiple, TDMA ) 码分复用(Code Division Multiple, CDMA )基于工作频率可分为: 中低频(125kHz、225kHz)典型作用距离:10-30cm高频(13.56MHz)超
4、高频(433MHz 868/915MHz)微波(2.45GH乙 5.8GHz)典型作用 距离:315m一、概述二、主要分类三、关键技术四、实验室基础其他防碰撞境建模抗多径 衰落到达时刻 精确测量数据安全3,1防碰撞算法+ Aloha算法> 纯Aloha算由> 肘隙Aloha算法> 帧肘隙Aloha算由> 动态帧肘隙Aloha算由+二进树搜索算法> 基于FMO编码的二进制树搜素算法> 改进型Bit-to-Bit二进制树搜素算由+ Query-Tree (QT)协议> 确走性裔缀> 随机裔缀混合防碰撞算法、基于CDMA的防碰撞算法及利用智 能天线技术
5、的防碰撞技术将是今后的重点研究方向。 32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。 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。反射面Tx障碍物Rx抗多径衰落技术+均衡技术> 线性均衡（卖现简单、谖差丸丿> 非线性均衡（判决反馈均衡、最大似然序列牯计丿+分集接收> 空间分集> 频率分集> 肘间分集+ 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 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。发射信号接收信号XJ/t2到达时刻的精密测量整数部分不存在
6、误善_ _+小数部分：精度取决于AD的位数N,可达到VrefIN, Vref为AD参考电压波形转换终止脉冲 3.4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 发售机票、车票等，必须采取安全措施以防止“黑客”的互相对称的鉴别数据安全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。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） 一、概述二、主要分类三、关键技术四、实验室基础实验室基础RFID软件仿真平台网络层标签布局读写器位置-统计量设置c_300.9
7、1J*73<=.34c.20CJ21e_23c_24c_nOO_1lc 12c 13c 14C-02C-277口ac_87j曲c_89C_62C3C-84口o_a0c_42c_43C-44o_50cji2J&Je_Mmj35<=36 c 3TG 71O_720-?3心5QCRJ760.74c_25 c_26c 1S c 1652Jlchciosft* KrtiItsb rcidi0 匕&b radio tr*x*Kfki tt*rGlobal StAtl Ktl«3K IU4* StAtictiec<L1u»«<Lcalll
8、 <1 cat tla«K eallivi vr> cvlliii of ch »1ty<ne lpjcib >VA、b“ t>£ £»-<» *KaXpta oE curr«xt £rx« t*« eaant/k*cradio r離S+卩链发接天r eJio <r »nar»i StAlittieclagrwalT进程层数据处理命令发送-防碰撞算法空中接口协议IS018000-6C标签模型的实现(OEq_TOJ1CADYJ(OEq_
9、TOJ1CADYJ(OPEkLTOJREADY)曲IIJUJH.TDJWUITJIAERX.TOJWB(DPEK-TQJlRBIT)0IT_TO.REPenBEADt_TO,REPI VJ(POVNIIWIZPEPLY.TO.AEADm(Di_TO_/«aiT)4CKD Q. JIEADY)RCKDO.TOJIEPL11REAIZCTO(OPEhLTOJ(FHEBCCTCLREPLYEPLLTOJWXDG)(SEQ_TOJ1EPIYhCKDG_T0_8EC1EPLY)3EC TO OJN：hoPEN_TO_SEC(oravro.KiLLj(OEq_TOJ1CADYJ IS018000
10、-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 希令ack状态用于向发射机发送AC K命令 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 QueryAdjust 命令自动返回到idle状态，由它负责调配 下一步的行动理论计算与仿真分析:基于Aloha的IS018000-6C防碰撞算法分析 最优帧长的选取一致统计模型仿真测算针对协议识别效率的仿真测试c.iagcoint0%1.0®1.5c2.(k 16 512 10246C协议100标签在不同帧长的识別时间6
11、C与6B协议100标签识别时间比较RFID系统硬件仿真实验平台正在研究000134C 0217902800001350 00001354000013580*00001356 0000135C 0000136000001360nnnnioc0186416202000066RL0r00001B1001630162pr 00000291'cr ai iADDKPC.S2 >r/KH.SlLL,b.sTADDKPCS2B.S1r th 材 ri-rT->0000000080008C36260029C2000192FFFF1280A358RCWFCIBO !B01MOPWOPLDB.
12、D1T2SUB D2B.S2B.S2 iVK.Llr IRni AND.D11、LdatalO !RL1,B3.process: on r o.-®W2T2O 必 I 邙机$厂OxOOOOJ.rnjx| ilcMory(32-Bit 恥“匸叵|区fputgDZ000244U0800000000 OxOFBClfDa 0xO63D54F6 0艺053C83C7 0zO67C6144 0XO6101FD9 08057C8150x00000000: 0x00000000: 0x0000000: OxOOOOOOOG: 0x0000000c： 0x00000010; 0x00000014:
13、0x00000018: OxOOOOOOlC: nnnnnnmn ICR = Oxffff; sendcmd(Oxl); asm(nRPT #10 | | nop"); delay_us(1000);if(*receivesig= Oxffff) *sendsig= 0x2; *receivesig+; *sendsig+; sendcmd(0K2);elserivi Memory (32-Bit Hex - C St yle) 0x00000000:0x00000008:0x00000010:0x00000018:0x00000020:0x00000028:0x00000030:
14、rivnnnnnmff 0xO080A35A0x00000000Oz01B20068OxOOOC36660x000040000x000080000zO00029C2 nmFTFFFV0x000080000x018200280z008C36660z020C36640x300006120z028C36260x20000192DditQRegs.GPFDAT.bit.GPI0F9乂JJS(12):"R?T #50 | HOP");DataRegs.GPFDAT.bit.GPI0F9Y U5(121;niia-)0ID-32GBLCILB = OOA CECTLOE - 02 CE
15、CTL1B = 02 CECTL2B - FF CECTL3B - FF SDCTLB = 02 SDTIMB - DO- SDEXTB = 00 CESEC1B OOvcr* rc/sr%/% z-.3EL StortUp爲加L05帘I如乙矽k&ishi workyZz 7十 azVrTT .* ? r? rTUC P-OU0 步只关用DSP实现TYPE B/C协议部分功能FPGA<-ADC、DDS、数据FIFO DSP时钟等> 调制、解调 编码、解码> ADC/DAC时钟等利用FPGA买现信号的处理部分功能区域导航定位系统A§.：5;、A解决了高精度时间测量与数据快速解算问题作用范围500km,定位精度10m高灵敏度接收机/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）室内定位系统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解决了小型化和低成本的问题