射頻識別

RFID是使用RF或微波能量提供識別手段的電路的任何組合的通用術(shù)語。它可以用于識別許多應(yīng)用程序中的人或物體。典型的系統(tǒng)使用微芯片，該微芯片存儲附著在天線上進(jìn)行傳輸?shù)男畔ⅲɡ?，序列號或其他有關(guān)人或產(chǎn)品的信息）。這種組合稱為RFID標(biāo)簽。標(biāo)簽包含唯一的序列號，但可以包含其他信息（帳號，許可證號等）。RFID標(biāo)簽可以是有源，無源或半無源的。

RFID有源標(biāo)簽包含一個電池，該電池用于為微芯片供電并將信號傳輸?shù)阶x取器。這些標(biāo)簽可以從300英尺或更高的高度讀取，并且通常比其他標(biāo)簽類型貴。軍方使用主動標(biāo)簽來跟蹤補(bǔ)給。RFID無源標(biāo)簽沒有電池。當(dāng)來自讀取器的RF波被芯片的天線接收時，能量被轉(zhuǎn)換成可以為芯片供電并使其發(fā)送回信息的電信號。這些標(biāo)簽價格低廉，非常適合許多商業(yè)應(yīng)用。除了電池用于為微芯片供電但不用于與閱讀器通信外，半無源標(biāo)簽與有源標(biāo)簽相似。許多半無源標(biāo)簽處于休眠狀態(tài)，直到它們被信號激活為止。這樣可以節(jié)省電池壽命。

大多數(shù)RFID標(biāo)簽將數(shù)字信息保存在微芯片中，但是還有其他一些無芯片標(biāo)簽，它們使用材料將向其發(fā)射的一部分信號反射回去。這些標(biāo)簽使用塑料或?qū)щ娋酆衔锎婀杌酒＿€有一些使用的材料完全反射了在它們上面發(fā)射的一部分波。然后，計(jì)算機(jī)會生成反射能量的圖像，并將其像指紋一樣用于識別包含標(biāo)簽的物品。

可以找到各種尺寸和形狀的RFID標(biāo)簽。一些容易識別，例如商店中附在商品上的塑料標(biāo)簽。其他類型用于動物跟蹤。將它們植入皮膚下以定位家庭寵物或跟蹤野生環(huán)境中的瀕危物種。它們很小，可能不容易識別。RFID標(biāo)簽也已被整合到信用卡中。

當(dāng)人們聽到RFID時，他們會將其與條形碼相關(guān)聯(lián)，因?yàn)樗彩且环N跟蹤和識別的形式。條形碼是用于這兩個功能的傳統(tǒng)方法。然而，RFID標(biāo)簽由于其讀/寫能力而迅速成為識別和跟蹤的優(yōu)選方法。這將識別和跟蹤擴(kuò)展到包括交互式應(yīng)用程序。同樣，如前所述，可以從遠(yuǎn)離產(chǎn)品或人的距離讀取RFID標(biāo)簽。它還具有通過諸如雪，霧，冰，油漆和其他物品之類的物質(zhì)傳播的能力。

RFID系統(tǒng)可以分為幾類：電子商品監(jiān)視（EAS）系統(tǒng)，便攜式數(shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和定位系統(tǒng)。EAS系統(tǒng)是零售商店中最知名的一種。它通過進(jìn)/出門將標(biāo)簽附加到帶有閱讀器的服裝上。便攜式數(shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)使用便攜式讀取器，使其能夠在許多不同的位置使用。聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的固定位置讀取器連接到集中式信息系統(tǒng)。應(yīng)答器放在人員或可移動的物品上，例如卡車和貨車。定位系統(tǒng)用于自動識別任何帶標(biāo)簽的物品。

RFID以各種頻率運(yùn)行。通用頻率為13.56 MHz，UHF頻帶中的頻率為0.3至3.0 GHz（300至3000 MHz）。北美使用的RFID頻段為862至928 MHz（考慮到非常流行的902至928 MHz頻段）。歐洲頻率為862至870 MHz。也有工作在5.8 GHz的微波標(biāo)簽?？梢栽?0英尺遠(yuǎn)的地方讀取這些信息，利用更多的電力，并且價格更高。

另外兩種類型的標(biāo)簽是只讀標(biāo)簽和讀寫標(biāo)簽。只讀標(biāo)簽包含僅在對芯片進(jìn)行重新編程后才能更改的數(shù)據(jù)。讀寫標(biāo)簽可以存儲新信息。這適用于必須經(jīng)常具有與之關(guān)聯(lián)的新信息的可重用容器。當(dāng)然，此功能的成本更高。RFID系統(tǒng)的成本是對廣泛采用的挑戰(zhàn)。

廣泛采用的另一個挑戰(zhàn)是隱私和安全性。跟蹤人員，產(chǎn)品，車輛和貨幣（例如信用卡）的能力是許多人關(guān)注的問題。例如，現(xiàn)在有一些讀取器可以讀取通過許多不同的RFID標(biāo)簽傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，這意味著，如果一個人進(jìn)入帶有多個標(biāo)簽的機(jī)構(gòu)，則一個讀取器可以讀取所有這些標(biāo)簽。不僅是那些生意。這可能使該企業(yè)可以匯總該個人的個人資料，例如他們的購買習(xí)慣，攜帶的貨幣以及他們的產(chǎn)品偏好。

導(dǎo)航（GPS）

導(dǎo)航被定義為“定位和繪制路線的科學(xué)”。GPS可以顯示您在地球上（全球）任何地方，任何時間，任何天氣的確切位置。該系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，這些衛(wèi)星在地球20,000至26,000海里的軌道上。因?yàn)檐壍啦皇峭耆珗A形，所以存在一定范圍的距離。實(shí)際上，它實(shí)際上是橢圓形的。衛(wèi)星的排列方式是在六個軌道平面的每個平面中放置四顆衛(wèi)星。每顆衛(wèi)星需要12個小時才能完成繞地球一周的軌道。為了接收準(zhǔn)確的導(dǎo)航信息，至少需要這些衛(wèi)星中的四個衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。在許多情況下，最多有六個或十個可以向接收器提供信息。全球有地面站不斷監(jiān)測衛(wèi)星。使用合適的GPS接收器，可以檢測從衛(wèi)星發(fā)送的信號并顯示位置。該系統(tǒng)是單向的，僅接收系統(tǒng)；即發(fā)生的唯一傳輸是來自衛(wèi)星的傳輸。

GPS最初是在1974年左右構(gòu)思的，1978年發(fā)射了第一顆衛(wèi)星，最初被設(shè)計(jì)為僅用于軍事應(yīng)用。最初的應(yīng)用嚴(yán)格來說是軍事用途，因此技術(shù)得到了完善。后來，它可用于商業(yè)和民用應(yīng)用?，F(xiàn)在，兩種類型的用戶都可以訪問兩用系統(tǒng)。這是為軍事應(yīng)用開發(fā)的技術(shù)的另一個示例，后來又被用于商業(yè)用途。前面提到的另一個例子是擴(kuò)頻，現(xiàn)在用于安全的商業(yè)電信中。

圖10  GPS段

GPS由三個部分組成（請參見圖10）。這些段是：控制段，空間段和用戶段。

控制部分由全球跟蹤站網(wǎng)絡(luò)組成。世界各地有五個跟蹤站，其主控站位于科羅拉多州的科羅拉多斯普林斯市（其他站位于夏威夷，夸賈林，迭戈加西亞和揚(yáng)升群島）。顧名思義，主控制站是執(zhí)行主要控制功能的地方。主要功能是跟蹤衛(wèi)星以確定和預(yù)測衛(wèi)星位置，其原子鐘的行為以及大氣數(shù)據(jù)。圖10顯示控制段發(fā)送上載并接收下載。這是通過兩個不同頻率的載波來完成的。這些被指定為L1（1575.42 MHz）和L2（1227.60 MHz）。GPS利用這些信號糾正主要誤差電離層延遲。該錯誤是由于以下事實(shí)造成的：在大氣的上部，有紫外線和X射線從太陽進(jìn)入地球，并與地球上方的氣體分子和原子相互作用。它們相互作用的區(qū)域是電離層（地球上方50 km至1,000 km）。這種相互作用會導(dǎo)致信號延遲，使用L1和L2進(jìn)行測量和校正。

GPS空間部分由前面討論的24個衛(wèi)星組組成。每顆衛(wèi)星發(fā)射的信號包括：兩個正弦波（上面討論的載波），兩個數(shù)字代碼和一個導(dǎo)航消息。代碼和導(dǎo)航消息作為二進(jìn)制調(diào)制添加到載波中。載波和代碼的組合用于確定從用戶的接收器到衛(wèi)星的距離。導(dǎo)航消息包含隨時間變化的衛(wèi)星坐標(biāo)（位置）。從衛(wèi)星發(fā)射的信號由非常精確的機(jī)載原子鐘控制。

圖11 GPS定位

用戶部分由環(huán)繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星的信號接收器組成。這些接收器可以是手持式設(shè)備，放置在汽車或卡車中的單元，機(jī)載單元或可以安裝在各種固定位置的單元。接收器攔截來自衛(wèi)星的信號，該信號以光速傳播。信號需要一定的有限時間才能從衛(wèi)星到達(dá)接收器。信號發(fā)送的時間與信號到達(dá)接收器的時間之間的差乘以光速，從而使接收器能夠計(jì)算其到衛(wèi)星的距離。為了確定其精確的經(jīng)度，緯度和高度，接收器測量至少四個單獨(dú)衛(wèi)星的傳播時間。如果有更多的衛(wèi)星信號可用，則精度會提高。如果知道與衛(wèi)星在太空中的確切距離，它將確定假想球體表面上某處的位置，其半徑等于到衛(wèi)星的距離。知道與兩顆衛(wèi)星的確切距離可以確定兩個球體相交的直線上的某個位置。對于第三顆衛(wèi)星，只有兩個可能的點(diǎn)，而其中一個通常是不可能的（請參閱圖11）。隨著更多衛(wèi)星位置的測量，精度會提高。要注意的一個重要方面是GPS基于稱為世界大地測量系統(tǒng)1984（WGS 84）的坐標(biāo)系。該系統(tǒng)類似于典型世界地圖上的緯度和經(jīng)度線。WGS 84系統(tǒng)具有最新更新，為所有地理位置活動提供了內(nèi)置的參考框架。

在21粗放型增長的一個領(lǐng)域ST 世紀(jì)是在日常生活中使用GPS。例如，它被警察，消防和緊急醫(yī)療單位用來定位最接近緊急情況的單位，并使調(diào)度員能夠?qū)挝患铀俚骄_的位置。車隊(duì)車輛，公共交通，送貨卡車和快遞服務(wù)等區(qū)域使用GPS接收器監(jiān)控車輛位置。GPS在汽車和智能手機(jī)中的應(yīng)用無處不在。它對于Uber和Lyft等乘車共享服務(wù)的運(yùn)營至關(guān)重要，并且是自動駕駛汽車開發(fā)的關(guān)鍵組成部分。

圖12無線通信標(biāo)準(zhǔn)

許多測繪公司也使用GPS。在野生動植物管理區(qū)和受威脅物種區(qū)等區(qū)域，GPS接收器和小型發(fā)射器附接到某些野生動植物種，以幫助確定種群分布模式以及這些動物的某些疾病來源?？脊艑W(xué)家和探險(xiǎn)家也正在使用GPS在可能不太精確地繪制地圖的地區(qū)進(jìn)行研究。

概要

射頻微波技術(shù)在整個頻譜中有許多軍事和商業(yè)應(yīng)用。圖12 是當(dāng)前商業(yè)應(yīng)用，頻率分配和主要的無線通信標(biāo)準(zhǔn)的綜合摘要。專業(yè)文本和技術(shù)出版物提供了有關(guān)這些主題的大量信息。本教程旨在作為一般概述。