双频RFID在军事物资定位管理中的设计与应用
发布日期： 2013-12-20
发布： www.
摘 要 RFID（射频识别：radio frequency identification）是一种可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据的通信技术，又有电子标签、无线射频识别之称。RFID相对于传统的识别技术（条形码等），有较强的优势。首先，RFID不需要在特定目标与识别系统之间建立光学或机械接触，这样使得操作更为方便。此外，对于RFID定位领域可利用125K和2.45G双频相结合技术的频率特性、技术特点、工作原理进行分析和研究，这种应用对于军事物资的定位管理具有重要意义。除了上述两个较大的特点之外，RFID读取目标距离更远、可同时识别多个目标。存储信息量也更大，并且存储内容可作动态改变。
中国论文网 http://www./8/view-4683868.htm
关键词 RFID；定位；物资管理；自动识别技术；双频技术
中图分类号TP273+.5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）93-0156-03
0 引言
现如今，信息化技术应用于各行各业，作为国防军事方面，则具有更高的要求。而我国现阶段军械等军备物资的整体信息化建设中信息管理方面与其他国家相比，处于劣势状态。当中的主要原因是我国的军备物资仓库主要还是依靠人工的管理，不能很好的满足现在与根本无法适应于未来战争对于军备物资高效准确保障的要求。因此，双频RFID 技术的出现，可以大大改善我国军备物资信息化管理在是我军在物流信息化领域的现状。充分利用双频RFID 技术建立“精确型”战场物资保障系统，实现尽可能的全信息化管理，是我国未来实现军备物资保障全过程可视化，实现物资保障决策的快速化和科学化的基础。
信息化技术在战争中起的作用无疑是最重要的，在有名的波斯尼亚的"联合作战行动中"，作为超级大国的美国和北大西洋公约组织（NATO）建成了战争史上投入战场最复杂的通信网，并且进一步完善了用于识别和跟踪的军用物资的新型后勤系统。该系统的优点是各级指挥人员可以随时随地的掌握所有物资的详细信息，无论这些物资是运输途中、定购之中、还是在某个仓库存储着的。这个系统是在"沙漠风暴"军事行动的基础上创建的，改善了“沙漠风暴”军事行动中大量物资重复运输和无法跟踪的缺陷。该系统中运输部分的原理很简单，是在装备和集装箱上贴射频识别标签来实现这种功能的。而来实现这一功能的另一接收转发装置通常就安装在运输线的一些检查点上（如门柱上、桥墩旁等）、车站、码头、仓库、机场等运输的关键节点。当RF 接收装置检测收到各个物资上的RF标签上的信息后，就会定位该物资的具体位置，然后上传到定位基站，之后在从定位基站传送到运输控制中心，最后在传输到中心信息数据库。
双频RFID的功能全面，它可以根据各个行业不同的管理需求进行网络信息化的管理，最重要的是它可以实现其他同类设备不能做到的远距离射频识别的网络化应用。双频RFID的系统可以识别速度高达200km/h 的快速移动目标，最小的识别距离不小于10m，是360°无盲区识别。由于该系统的电子标签采用嵌入式软件控制下的嵌入式微处理器，可以同时识别多个目标。另外，它还有其他优点，比如无微波辐射，对人体无害、信息安全和保密性能高、信号绕射穿透力强、可适应多种不同的应用环境，可以实现、编码、解码、唤醒及信息碰撞处理等功能。
对于军用物资仓储，为了能够实现仓储各环节的全过程管理控制，进而使用双频RFID来定位管理。其对物资的存放位置、数量批次、生产日期、进发货等采用实时RFID电子标签管理，即建立物资数据库，把数据直接写入与物资对应的电子标签中。这极大的便利物资的使用，存放的有效性，对各个仓储流程进行规范化管理。该技术的使用，避免了信息更新缓慢，管理不到位，人工输入易出错等诸多弊端。现代化仓库管理系统均采用RFID 自动识别技术，能利于仓库操作流程的规范性和提高仓储空间的使用，使物资管理人员对物资的仓储实现高效管理：出入库、盘点、配料、移动、物资使用期限等全面的管理和控制，提高仓库的仓储能力，更有效提高部队的快速作战反应能力，加强物资管理的安全性、时效性。
1 双频RFID技术简介
双频RFID是结合2.45G及125K双频段技术设计，是一种非接触的远距离识别技术，识别工作无需人工干预，适应各种恶劣环境。
1.1 双频RFID工作模式
双频中125K低频信号ID编号通过2.45G超高频为载体将标签信息传送至上位机。具体流程为低频125K设备主动发射连续低频脉冲信号（载波数据中含该125K低频芯片ID编号）；配套的低频标签持续打开低频接收功能，当收到某低频设备的激活信号时，该标签的低频芯片将实时解析出该激活器编号，同时检测出该低频信号的RSSI场强值，然后唤醒并传入MCU单片机，接着打开板载的2.4G无线射频芯片进行一次强信号发射（无线发射的数据包中含标签ID和激活器编号以及低频场强RSSI值）。
有效识别范围内的2.4G阅读器将收到该标签以2.4G频段发射的数据包，解析出该数据包中的标签ID号，激活器编号，以及RSSI值后立刻上传到上位机电脑。使用时无需进行通讯设置和调试，只需安装到指定位置，供上电就能正常工作。
1.2 双频RFID系统的构成
系统由双频RFID读写标签、2.45G阅读器、125K信号发射器、通讯网络五部分组成，双频RFID读写标签通过改进射频芯片及其线路设计、电池软包装设计，同时可以拾取覆盖范围内的125K信号发射器ID号码，用于数据上传，标签可以附着在物体上用于目标对象的跟踪；2.45G阅读器（Reader）用于读取标签信息，采集标签ID号码及标签携带的125K信号发射器的ID号码，同时阅读器附加接口（RJ45，RS485，RS232）以便将接收信号进一步上传到上位计算机；125K信号发射器（signal projector）加电后不断发射125K频率射频信号，由双频标签接收。 1.3 双频RFID技术原理
根据标签供电方式不同大体可将RFID分解成三种：有源、半有源、无源。我们这里所说的双频RFID属于半有源RFID的一种存在方式，在半有源RFID系统中，低频激活器可以直接唤醒标签，被激励唤醒后的标签将接受来自低频激活器的定位信息，在接收到定位信息后就会和自身的ID地址信息以及有关的DSSI数据发送给读写器。
双频RFID系统根据电磁传播的基本规律实现近距离定位与远距离的识别与数据采集的功能的，然而要实现这种功能，还要双频RFID系统采用用双频实现系统预设的方式。系统基本定位如下：
通信和唤醒是读写器和标签之间的，最好采用超频率进行，广播命令和侦听接收方式是通讯方式普遍采用的。433MHz、915MHz或2.45GHz频段内的单频点一版都是超高频率采用的。通常采用同一频率的读写器和标签之间的通信频率，主要是为了简化系统的设计。仍然是有源标签依的是作为系统核心的。标签要是进入激活状态中的话一般是收到读写器发送出的唤醒命令或者受到路标激励器激励的情况。然后根据预先设置好的工作模式或者接收的命令。有源标签接受读写器的进一步指令或者进入工作状态发送内存信息。激励与通信是标签与路标激励器之间的，一版采用的都是低频频率进行的。通信方式可设定为激励器向标签单向传送路标信息即可。
智能双频RFID、RFID的读写设备（Read-Write Units，简称RWU）是组成双频RFID与短程通信设备的主要系统，这两部分的读写系统是信息管理系统与RFID之间的桥梁，实现信息交流的作用。
读写设备RWU作为RFID的读写控制器之一，它是由安全模块、微处理器和微波通讯控制器和485、TCP/IP、RS232等通讯接口等组成，RWU通过RS232、485、WIFI、GPRS、TCP/IP等与上位机连接，并从上位机接收控制命令和数据并返回数据。RWU以短程通讯协议和微波无线的传递手段，实现着RWU与RFID的之间安全可靠的信息交换目的。
2 双频RFID应用于军事物资定位的原理及算法分析
该方案运用RFID射频识别技术，通过阅读器、激活器与电子标签之间的信息传输从而达到识别、跟踪定位和轨迹查询等功能。
室内或室外物资定位中，通过阅读器、激活器提供空间标示及点坐标信息；在定位系统中，每个节点的位置信息相较于电子地图的坐标点是固定的，作为空间坐标分析的基点信息，在定位过程中，每个节点周期性上传采集到的信息点数据，同时根据上传数据的脉冲计数信息，阅读器根据电信号和微波信号之间的速度差来计算两者之间的距离，同时将距离数据上传至计算机中，计算机软件系统通过电子地图中基点信息的坐标位置信息，上传数据的脉冲片信息，结合定位算法综合分析后确定定位目标的空间坐标。
定位就是确定位置。1）定位的两种意义：一种是确定及自己的在系统中的位置；一种是系统确定目标在系统中的位置；2）位置信息的类型：物理位置指目标在特定坐标系下的位置数值，表示目标的相对或者绝对位置。符号位置指在目标与一个基站或者多个基站接近程度的信息，表示目标与基站之间的连通关系，提供目标大致的所在范围。
定位算法包含以下三种方式：
三角测量算法
已知A，B，C单个节点的坐标，节点D相对于节点A、B、C节点的角度，确定节点D的坐标为；
转换为三边测量法；
极大似然估算法
已知1、2、3等n个节点的坐标，及他们到节点D的距离，确定节点D的坐标；
最小均方差估计算法；
使用标准的最小均方差估计方法可以得到节点D的坐标为：
系统的设计算法主要依据RSSI（Received Signal Strength Indication）方式进行定位分析，其定位原理为：已知发射结点的信号强度，接收点根据收到信号的强度，计算出信号的传输损耗，利用理论或者经验的模型将传输损耗转换为距离，再利用以上几种算法综合计算出节点的位置。
3 双频RFID实施物资定位管理的实现
因物资管理需求，需要在仓库等主要场所安装定位基站阅读器用于数据的采集，然后在关键点安装定位型激活器，用激活器引出的定位型天线进行定位管理的实现。
3.1物资定位工作流程
1）根据现场绘制一张和现场相似的电子地图，并导入系统，然后据现场设备安装的位置在地图上做相应的标记；
2）物品入库物品在入库之前，用不干胶把定位标签贴在物品上，然后登录系统后台给定位标签关联上物品信息，如：编号为100的标签贴在了一批布上，登录后台以后，录入这批入库布的相关信息，然后把编号为100的标签，配给这批布。这就完成了物品入库；
3）物品查找当需要查找某件物品，可以在监控端上输入物品的名称或与物品关联的标签的ID号，系统会在地图上显示物品所在的位置；亦可借用WIFI网络通过平板电脑或智能手机登录系统查看物品存放位置和，标签关联的物品信息；
4）控当附有标签的物品进入监控范围内时，系统就开始对标签进行实时监控，如果有附有定位标签的物品未经授权离开仓库时系统就会有声音和图像告警；
5）物品分类统计当标签对应的是一件物品或是一组相同的物品时，通过IE浏览器登录系统后台管理，点击报表统计，可以分别统计出各类物品的数量，并生成报表。
3.2 物资定位设备的组成部分
3.3 物资定位管理设备拓扑图
阅读器所放置的不同地点，均要保证阅读器能实现较大的接收范围；作为主要作用是接收电子标签信息的阅读器，它的工作范围存在电子标签后，阅读器就会接收电子标签里面的信息，然后上传处理器根据数据库分析后，可判定电子标签的具体地域，实现电子腕带的范围定位。 在工作的时候，每一个网络版的阅读器服务器都会分配一个固定的IP地址，并且根据现场的情况进行安装。阅读器的工作范围遇到佩戴电子标签的物体或者人的时候，阅读器就会接收到物体或者人佩戴的电子标签激活的信息。服务器接收到经过网络传出来后这个电子标签发出的信息后，根据电子标签ID号机、激活ID号码等信息，安放资料在现场的设备上，就可以得出“某人/某物在某一时间经过某个监控区域”的记录，从而实现对人员或物件的追踪和监控。
3.4物资定位管理功能设计
1）“PC端数据库应用程序”包括“基本资料、业务管理、库存报表、系统管理、数据导入”五大功能模块；
2）“手持机应用程序”包括“入库管理、移库管理、出库管理、查询管理、合盘管理、分盘管理、物资定位、追踪回放、异常上报、标签回收、参数管理、出库计划查询”十大模块；
3）“定位终端程序”包括“标签绑定、库位信息（物资搬运的装载、卸载、报告异常、取消装卸）、车辆信息、出库物资定位锁定”四大模块；
4）“移动后台服务程序”主要是为了手持机提供应用服务。在没有此服务的支持下，手持机无法完成其业务操作与基本的功能操作。主要是数据库参数配置、开启服务和关闭服务。
4 结论
本文讨论了双频技术在物资管理中的应用，结合定位算法对物资进行定位跟踪管理，通过物资装在双频定位标签，阅读器信号覆盖50米半径范围，监测区域全方位覆盖无线信号，阅读器上传定位双频标签ID信息及信号强度值，然后根据三边测量算法、三角测量算法、极大似然估算法综合分析，得到比较理想的测距模型，结合实测数据分析比较，得到被定位物资的空间位置点信息，从而进一步对军用物资进行管理，加强物资管理的安全性及准确定。
参考文献
[1]翁凯利，武岳山.潜力巨大的有源三元双频RFID系统[J].中国自动识别技术，2006.
[2]肖勇（导师：何学文）.基于最小二乘和支持向量机的WSN节点定位方法研究[J].江西理工大学硕士论文，2011.
[3]裴峰，林国龙，杨权斌.RFID技术与现代物流信息系统设计——兼论RFID技术在上海石化仓库智能化管理中的运用[J].上海海事大学学报，2005（4）.
[4]庞娟.RFID与仓储管理系统的应用结合.中国储运，2004（5）.
[5]李波.基于RFID的货场物流自动调配系统关键技术的研究[D].武汉理工大学，2003.
[6]罗锦，李然，曾隽芳.基于RFID技术的血液管理系统研究与开发.计算机工程与应用，2006（23）.
[7]刘文明，宁焕生，王宝发.基于RFID的无线传感器技术研究，2006（ZK）.
[8]刘媛，郝铭.基于RFID和WSNS的仓储监管系统的设计. [期刊论文]-微计算机信息，2006（22）.
[9]游战清.无线射频识别技术（RFID）.理论与应用，2004.
[10]游战清.无线射频识别技术（RFID）.规划与实施， 2005.
[11]芬肯策勒.射频识别（RFID）技术：无线电感应的应答器和非接触IC卡的原理与应用，2001.
[12]张纲，杨庆森.ISO/IEC 18000-6（CD）研究综述.信息技术与标准化，2004（4）.
转载请注明来源。原文地址： http://www./8/view-4683868.htm
|
|
