张海涓，王子聪，郑羽
华理电气工程学院，河北 唐山063210
摘 要：针对目前室内定位导航的定位限制因素多，准确度低等问题，研究了一种基于RFID和惯性导航的室内定位系统。该系统利用多从机定点的方式，通过射频定位和步行者航位推算进行RFID与惯性导航相结合，实时修正位置信息，降低积累误差。实验结果显示：与传统室内定位导航系统相比，此系统提高了室内导航的精度与覆盖力。
关键词：射频识别；室内导航；惯性导航; 室内定位;
0 引言
近年来，定位服务正向室内发展，以满足日益增长的室内定位需求。室内定位技术分为2 类：第一类为基于外置信号源的室内定位技术；第二类为基于天然信号源的室内定位技术。现有的室内定位技术多为单一技术支持，导致精准度、覆盖力度等核心问题不能解决。[1]基于此，我们拟研发一款结合外置信号源和内置信号源的室内定位装置，使其精度提高、定位范围扩大。
1 系统整体设计方案
.png)
图一 技术结构示意图
此室内定位导航系统主要包括主机和从机两部分，主机由电源模块、主控模块、射频读写器、无线数据收发模块组成，多从机由多个固定位置的标签和带有惯性导航功能的手机组成。整体结构示意图如图1所示。
2 关键节点系统设计
此系统的重难点集中于RFID距离处理以及惯性导航定位处理，根据主从机摆放的不同位置将产生不同的影响。
2.1 RFID读写系统
RFID定位具有能够很好地适应环境, 可多次使用, 远距离传输,多标签读写等优点。在本系统中RFID读写系统即主机需要固定在室内墙壁或者地面上，以便进行主从机交互。 而标签则有规律地放置在地板或墙壁以及手机上。
2.2 惯性导航系统
惯性导航系统能够完全自主完成定位而不依赖外部的其他信息，并且具有环境友好性。它的原理是由手机中的惯性传感器获取待定位目标的运动状态数据，一般表现为角度和加速度，通过多个数据叠加得到目标的运动轨迹。[5]惯性导航所在从机必须在待测目标身上。
3 室内定位算法分析
根据上述系统的整体设计规划，定位的算法成为该系统的重点和难点，以下内容重点分析系统中的定位方法。
3.1 RFID三边定位算法
.png)
图二： 三边定位法示意图
Trilateration（三边测量）是一种常用的定位算法，适应性较强并且测量精度较高。[3]我们通过测量各个目标与天线之间的RSSI 系数，使用三边定位算法就能够得出实际目标的位置。三边定位算法需要三个参考目标的坐标值，如图 2 所示 A，B，C 三点，D 为待测参考目标，另外设未知点坐标为(Xd,Yd)，其中 A、B、C 三点距离 D 的长度分别是 Ra，Rb，Rc。[2] 主控可通过 RSSI 的计算公式计算出 Ra，Rb，Rc，再利用上述公式即可计算出点 D 的坐标(Xd,Yd)。计算公式如下：
.png)
3.2 步行者航位推算
步行者航位推算共有三个步骤：（1）航向确定。手机内置的磁罗盘可以直接给出航向数据，此原理是通过实时检测地球磁场的场强，通过内部运算得出相对于磁北的方位角。（2）步数检测。行人的每次行走均会使手机内加速度计产生一个变化周期，因而能够通过判断加速度计的输出数据来实现步数的检测。目前主流的行人步数检测的方法有过零交叉法，峰值检测法等。（3）步长估计。通过RFID定位行人位置进行实时估计与更正。[4]
.png)
图三 步行者航位推算图
3.3 改进后的结合定位方法
通过实验获得RFID阅读器在不同距离范围内的精确度函数以及步行者航位推算法的精确度随距离的变化，根据变化情况给予不同的权重，利用加权最小二乘法进行两个定位结果的结合，进而得出最终的定位数据。
4 结束语
控制系统选择一个主机多个从机控制方式，定位标签则为主控板提供位置信息服务，同时手机也为主机提供了位置信息服务，通过主机的数据处理进而实现整体系统的统一协调运作。此系统将RFID和惯性导航进行结合，进一步提高了定位的精确度，为以后的室内定位技术提供了一个新的发展思路。
参考文献：
[1]陈涛,张聪聪,王新珩. RFID与IRID融合的室内技术[A]. 中国卫星导航定位协会.卫星导航定位与北斗技术应用2014——壮大北斗产业 创新位置服务[C].:中国卫星导航定位协会,2014:6.
[2]王春梅,石飞. 一种结合距离传感的RFID定位系统[P]. 江苏省：CN211505862U,2020-09-15.
[3]戚奇平,袁伟栋,卞小军,陆志武,张开锋.2.4G RFID智慧物联区域定位关键技术及其应用[J].电子技术与软件工程,2020(01):66-67.
[4]杨海效,吴虹,田菀玉,杨梦焕,赵彬,彭鸿钊. 基于Wi-Fi指纹与惯性导航的室内定位技术研究[A]. 中国卫星导航系统管理办公室学术交流中心.第十一届中国卫星导航年会论文集——S10 PNT体系与多源融合导航[C].中国卫星导航系统管理办公室学术交流中心:中科北斗汇(北京)科技有限公司,2020:5.
作者简介：张海涓（2000年3月-）女，汉，河北张家口人，本科在读。研究方向：电子科学与技术。