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作者：Alex（榮令金）骨饿，北京大學(xué)碩士，研究方向無人機控制系統(tǒng)
郵箱：alexrong@pku.edu.cn
出處：蜂鳥無人機 humbird_drone
1 RFID工作原理
射頻識別（Radio Frequency IDentification溉浙，RFID）是一種無線通信技術(shù)，可以通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)蒋荚，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機械或者光學(xué)接觸戳稽。
無線電的信號是通過調(diào)成無線電頻率的電磁場，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽上傳送出去期升，以自動辨識與追蹤該物品惊奇。
某些標(biāo)簽在識別時從識別器發(fā)出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池播赁；也有標(biāo)簽本身擁有電源颂郎，并可以主動發(fā)出無線電波。
注：Endpoints是貼有RFID標(biāo)簽的物品行拢；Reader是讀取RFID標(biāo)簽的讀寫器祖秒；Software是RFID相對應(yīng)的軟件诞吱。
標(biāo)簽包含了電子儲存的信息舟奠，數(shù)米之內(nèi)都可以識別。與條形碼不同的是房维，射頻標(biāo)簽不需要處在識別器視線之內(nèi)沼瘫，也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。
射頻識別標(biāo)簽的應(yīng)用咙俩，被普遍認(rèn)為給供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域帶來了革命性變化耿戚。
廉價的無源RFID標(biāo)簽（以下簡稱"標(biāo)簽"）進入磁場后湿故，接收RFID讀寫器（以下簡稱"讀寫器"）發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的識別信息膜蛔，使得倉庫管理員能夠記錄倉儲信息坛猪，這比使用肉眼觀看箱子號碼再手動記下來記錄要高效的多。
2 RFID中繼無人機研發(fā)原由
現(xiàn)代零售業(yè)務(wù)的規(guī)模巨大皂股，使得射頻識別（RFID）掃描的效率也顯得很低墅茉。
例如，沃爾瑪報告顯示呜呐，由于庫存記錄與庫存不匹配導(dǎo)致其2013年收入損失了30億美元就斤。即使使用RFID技術(shù)，一個大型零售店要進行全面的庫存盤點也需要三個月蘑辑，這意味著這種不匹配通常直到被客戶投訴才會暴露出來洋机。
MIT研究人員已經(jīng)開發(fā)出了一種能夠在大型倉庫使用小型、安全的無人機在數(shù)米距離內(nèi)讀取RFID標(biāo)簽的系統(tǒng)洋魂，通過識別標(biāo)簽可以對物品進行定位绷旗，平均定位誤差為19厘米。
研究人員預(yù)計副砍，該系統(tǒng)可用于大型倉庫刁标，既用于連續(xù)監(jiān)控防止庫存不匹配，又可以對單個物品進行定位址晕，使員工能夠快速膀懈、準(zhǔn)確地滿足客戶要求。
設(shè)計該系統(tǒng)的主要挑戰(zhàn)是谨垃，在當(dāng)前自主導(dǎo)航發(fā)展現(xiàn)狀下启搂，唯一足夠安全的是那些具有塑料旋翼，在人類的近距離范圍內(nèi)飛行的小而輕的無人機刘陶，因為這些無人機即使在墜毀的情況下也不會造成人身傷害胳赌。但是這些無人機太小，甚至無法攜帶尺寸超過幾厘米的RFID讀寫器匙隔。
研究人員通過使用無人機來轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)RFID讀取器發(fā)射的信號來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)疑苫。由此不僅解決了安全問題，而且意味著無人機可以與現(xiàn)有的RFID庫存系統(tǒng)結(jié)合使用纷责，從而不需要新的標(biāo)簽捍掺、讀寫器或讀寫器軟件。
索尼公司職業(yè)發(fā)展助理教授再膳，媒體藝術(shù)與科學(xué)部門的Fadel Adib說：“2003年至2011年間挺勿，美國陸軍在其倉庫與倉庫間失去了價值58億美元的補給∥蛊猓”
正是Adib的團隊在麻省理工學(xué)院媒體實驗室開發(fā)了這套新的系統(tǒng)不瓶『碳担“2016年，美國零售業(yè)聯(lián)合會報表明蚊丐，零售商店的物品的損失在下降熙参，每年平均約為452億美元。通過使用無人機能夠找到和定位物品和設(shè)備麦备，這項研究將從根本上為解決這些問題提供先進的技術(shù)支持尊惰。”
該系統(tǒng)工作流程如下：
1泥兰、無人機上電啟動后弄屡，RFID中繼模塊同時上電工作；
2鞋诗、無人機自主巡航膀捷，并通過RFID中繼模塊對標(biāo)簽進行定位；
3削彬、無人機持續(xù)運動過程中多次同標(biāo)簽通信全庸，最終計算出標(biāo)簽準(zhǔn)確位置。
麻省理工學(xué)院研究人員本周在國際計算機協(xié)會（ACM）數(shù)據(jù)通信專業(yè)組（SIGCOMM, Special Interest Group on Data Communications） 年會上發(fā)表的論文中描述了他們的系統(tǒng)融痛，并稱之為RFly壶笼。
3 相移
對RFID信號進行中繼操作，并使用中繼信號對標(biāo)簽進行定位造成了一些棘手的信號處理問題雁刷。
問題之一是覆劈，因為RFID標(biāo)簽是由讀寫器通過無線供電驅(qū)動工作的，讀寫器和標(biāo)簽在相同的頻率進行同時傳輸沛励。中繼系統(tǒng)增加了另外一對同時傳輸鏈路责语，傳統(tǒng)RFID系統(tǒng)中只有讀寫器同標(biāo)簽之間的鏈路，現(xiàn)在變成了無人機中繼器和標(biāo)簽之間的雙向傳輸鏈路和無人機中繼器同傳統(tǒng)讀寫器之間的雙向傳輸目派。也就是說在同一頻段上坤候，有4個傳輸鏈路，且彼此會互相干擾企蹭。
該問題又由于系統(tǒng)需要確定RFID標(biāo)簽位置的要求而更加復(fù)雜白筹。所謂位置檢測或“定位”就是系統(tǒng)在稱為天線陣列的設(shè)備上使用的一種變體。
多根天線聚集在一起谅摄，則以一定角度向它們發(fā)射的信號將在稍微不同的時間點到達每個天線徒河。這意味著由天線檢測到的信號將會存在相位差：其電磁波的波谷和波峰將不完全一致。
根據(jù)這些相位差螟凭，軟件可以推導(dǎo)出發(fā)射角度虚青，從而推導(dǎo)發(fā)射機也就是標(biāo)簽的位置它呀。
無人機太小螺男，不足以攜帶天線陣列棒厘，但它是持續(xù)移動的，所以它可以在不同時間的不同位置讀取標(biāo)簽信息下隧，這模擬了陣列天線的多根天線奢人。
也就是無人機在不同位置接收到的標(biāo)簽廣播的信號在稍微不同的時間有微小的相位差，同理淆院，根據(jù)這些相位差何乎，軟件可以推導(dǎo)出標(biāo)簽發(fā)射角度，從而推導(dǎo)出標(biāo)簽的位置土辩。
通常支救，為了抗干擾，無人機會將從標(biāo)簽接收到的數(shù)據(jù)進行數(shù)字解碼然后再編碼傳輸?shù)絉FID讀寫器拷淘。但是這樣的話各墨，由解碼和編碼處理造成的延遲將改變信號的相對相位，使得不可能精確地進行位置測量启涯。
所有無線電系統(tǒng)都是通過調(diào)制基帶傳輸頻率來編碼信息贬堵，通常通過稍微上下偏移來傳輸信號。但是由于RFID標(biāo)簽沒有獨立的電源结洼，因此其調(diào)制范圍比讀寫器小黎做。
因此，麻省理工學(xué)院的研究人員設(shè)計了一種模擬濾波器松忍，它將從到達讀寫器的信號中減去基帶傳輸頻率蒸殿，然后分離出低頻和高頻分量。最后將來自標(biāo)簽的低頻分量信號重新調(diào)制到基頻上鸣峭。
4 參照系
與此同時存在另一個問題伟桅。由于無人機在移動，到達讀寫器的信號的相移叽掘，是無人機相對標(biāo)簽及無人機相對讀寫器的相移疊加楣铁。單是從接收到的信號考慮，讀寫器無法確定這兩個因素中的每一個對總相移的權(quán)重更扁。
所以MIT的研究人員也為每個無人機配備了自己的RFID標(biāo)簽盖腕。
無人機一邊作為中繼將讀寫器的信號傳遞到物品上的標(biāo)簽，一邊將自身的標(biāo)簽信息發(fā)送到到讀寫器浓镜，使得讀寫器可以估計無人機移動對總相移的成分并將其去除溃列。
在MIT媒體實驗室涉及有RFID標(biāo)簽物品的實驗中，為了模擬實際倉庫堆積的狀況膛薛，許多物品被故意隱藏起來听隐，該系統(tǒng)能夠以19厘米的精度定位標(biāo)簽，同時可以全向10倍的拓展讀寫器的工作范圍哄啄，總體可能上百倍的提升工作范圍雅任。
研究人員目前正在馬薩諸塞州主要零售商的倉庫進行第二批實驗风范。
卡內(nèi)基梅隆大學(xué)電氣和計算機工程助理教授Swarun Kumar表示：“長時間以來，中繼被應(yīng)用在通信領(lǐng)域沪么，甚至將網(wǎng)絡(luò)延伸到農(nóng)村地區(qū)硼婿。“不同的是禽车，這里的標(biāo)簽是無電池的寇漫，他們想要定位跟蹤無電池的設(shè)備，這需要相位一致的測量殉摔。以上這些使問題頗具挑戰(zhàn)性州胳。這就是我在這個工作中的概念新穎之處∫菰拢”
5 RFly
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