【提要】针对室内环境下移动机器人的定位问题，提出了一种基于rfid 技术的定位方法。rfid 读写器接收到不同距离标签信号，其信号强度的不同。利用rssi 来评估其接收的信号强度，用信号传播损耗公式来计算出标签和读写器的距离，再根据读到的四个标签的坐标，采用极大似然估计方法来计算出装备有rfid 读写器的机器人的坐标位置。通过仿真和计算表明该定位方法比较精确

　　1. 引言

　　射频识别（rfid）技术是从20 世纪80 年代起走向成熟的一项自动识别技术。它利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别目的，和传统的磁卡、ic 卡相比，射频卡最大的优点就在于非接触，因此完成识别工作时无须人工干预，适合于实现系统的自动化且不易损坏。rfid 技术的快速发展使得其应用也在日益壮大，国家有关部门也非常重视。科技部《中国rfid 发展策略白皮书》正式出台，国家高技术研究发展计划（863 计划）的rfid 重大项目全面启动，rfid 的发展及应用前景广阔。

　　目前，rfid 技术应用于智能机器人的研究也在不断发展。监视幼儿园孩子的机器人，吸尘器机器人对“智能地毯”清洁卫生，商场导购机器人等等，应用rfid 技术的机器人不断推出。机器人在运动过程中存在自身定位的问题，而定位的方法有很多种，多采用机载传感器定位。机器人相对定位技术主要有导航信标、主动或被动标识、地图匹配或卫星导航技术（gps）等，这几种方法中，信标或标识牌技术的建设和维护成本较高，地图匹配技术处理速度慢，gps 只能用于室外，目前精度还很差；绝对定位的位置计算方法包括二视角法、二视距法、模型匹配算法等。相对定位优点是机器人的位置是自我推算出来的，不需要对外界环境的感知信息，缺点是漂移误差会随时间累积，不适于精确定位。绝对定位通过感知获取周围环境的信息，利用各种算法来求出机器人的精确坐标，在区域内定位精度高。

　　本文将探讨利用rfid 技术，通过rf 信号传播损耗模型， 计算读写器和读到各个标签间的距离[2] [4]，利用算法求出机器人的坐标位置。

　　2. 信号传播损耗模型

　　rfid 标签读写是通过射频信号的收发来实现的。rfid 读写器可以将读到标签的相关信息通过串口发送给机器人。可以采用接收信号强度指示（rssi）来标示rf 信号在某个位置的强度。一般来说，每个标签发出的信号的强度都是一个定值，但是当读写器与标签的距离不一样时，接收标签发送回来的信号强度也就不一样。这种强度的衰减，称为信号的传播损耗，它与环境有关。根据接收到信号的强度，利用理论和经验传播损耗模型，可以将传输损耗转化为距离。下式（1）是一种对数-常态分布传播损耗模型：

　　其中，p(d)表示读写器接收到标签发送回来的信号强度；p(d0)表示读写器在参考点d0 接收到标签发送的信号强度，所有标签的初始发送信号强度相同；n 表示路径长度和路径损耗之间的比例因子，依赖于障碍物的结构和使用的材料，它的范围在2 至5 之间；xσ是平均值为0 的高斯分布随机变数，也就是信号穿过障碍物的衰减，其标准差范围为4 到10；d0表示参考点和标签的距离；d 表示需要计算的标签和读写器间的距离。

　　是用对数-常态分布模型（公式1）绘制的rssi 曲线图。从图1 中可以看出，节点到信号源的距离越近，由rssi 值的偏差产生的绝对距离误差越小。而当距离大于100cm 时，由于上述式(1)中xσ 的影响，由rssi 波动造成的绝对距离误差将会很大。基于上面的分析，本文提出信标标签影响力概念，即在定位算法中，信标标签对未知读写器位置都有影响力，rssi 越大的信标标签，影响力越大，对读写器位置有更大的决定权。本文中的读写器放在移动机器人上，所以，决定了读写器的位置也就是决定了机器人的位置。如图2，读写器收到了4 个信标标签的信号，其中tag3 的rssi 最大，对读写器的位置有最大的决定权。本文中只取影响力较大的4 个信标标签来做定位计算。

　　3. 定位算法计算

　　3.1 信标

　　本文采用rfid 标签作为信标。根据rfid 读写器识读标签可穿透性，对标签的布置可以放在地下，也可以放在室内的天花板上。读写器识读到多个标签时，根据rssi 得知的各个标签的距离，机器人选4 个最近的距离来进行定位。

　　rfid 标签信标的选择原则：带读写器的机器人在运动过程中，可能读到远处的多个标签信号，应当采用rssi 值大的前几个信标标签进行定位计算。在保证参与定位计算的信标标签数为4 个的情况下，将距离大于100cm(视应用环境而定)的信标标签去除，以免造成定位误差扩大。后面进行的仿真计算也证明了这点。

　　在布置标签的时候，两个标签之间的距离设为读写器的准确识读距离，略小于其最大读写距离值，本文