无人机中继RFID信号进行库存控制

无人机中继RFID信号进行库存控制；该系统可以为零售商节省数十亿美元因错误的库存记录而损失的损失。射频 ID 标签应该彻底改变供应链管理。这种非常便宜、无需电池的标签，从扫描仪无线接收电源，然后广播识别号码，使仓库经理能够比读取箱号和手动记录更有效地记录库存。

但是，现代零售业务的规模甚至使射频识别 （RFID） 扫描效率低下。例如，沃尔玛报告称，2013年，由于库存记录与库存不匹配，它损失了30亿美元的收入。即使使用 RFID 技术，一家大型零售店也可能需要三个月的时间才能完成完整的库存审查，这意味着在客户要求暴露之前，不匹配通常不会被发现。

麻省理工学院的研究人员现在已经开发出一种系统，使小型、安全的空中无人机能够从数十米外读取RFID标签，同时以平均误差约为19厘米识别标签的位置。研究人员设想，该系统可用于大型仓库，用于连续监控，以防止库存不匹配，以及单个物品的位置，以便员工能够快速可靠地满足客户的要求。

设计该系统的核心挑战是，在目前的自主导航状态下，唯一足够安全的无人机可以在人类近距离飞行，是带有塑料旋翼的小型轻型无人机，在发生碰撞时不会造成伤害。但是这些无人机太小了，无法携带范围超过几厘米的RFID阅读器。

研究人员通过使用无人机中继标准RFID阅读器发出的信号来应对这一挑战。这不仅解决了安全问题，还意味着无人机可以与现有的RFID库存系统一起部署，而无需新的标签、阅读器或阅读器软件。

“从2003年到2011年，美国陆军在其仓库中丢失了58亿美元的物资，”索尼公司媒体艺术与科学职业发展助理教授法德尔·阿迪布（Fadel Adib）说，他在麻省理工学院媒体实验室的团队开发了新系统。“2016年，美国全国零售联合会报告称，零售店的商品损失平均每年约为452亿美元。通过使无人机能够找到和定位物品和设备，这项研究将为解决这些问题提供根本性的技术进步。

麻省理工学院的研究人员在本周在计算机协会数据通信特别兴趣小组年会上发表的一篇论文中描述了他们的系统，称为RFly。Adib是这篇论文的资深作者，媒体实验室的博士后Yunfei 马和麻省理工学院机械工程研究生Nicholas Selby也加入了他的行列。

相移

中继RFID信号并使用它们来确定标签的位置会带来一些棘手的信号处理问题。一是，由于RFID标签由阅读器无线供电，因此阅读器和标签以相同的频率同时传输。继电器系统增加了另一对同时传输：继电器和标签之间两个，继电器和读卡器之间两个。这是四个同时以相同频率传输的信号，它们都相互干扰。

由于要求系统确定 RFID 标签的位置，这个问题变得更加复杂。位置检测（或“定位”）系统使用一种称为天线阵列的设备的变体。如果多个天线聚集在一起，则以一定角度向它们广播的信号将在略有不同的时间到达每个天线。这意味着天线检测到的信号将略微异相：其电磁波的波谷和波峰不会完全重合。从这些相位差中，软件可以推断出透射角度，从而推断出发射器的位置。

无人机太小，无法携带天线阵列，但它是连续移动的，因此它在不同时间获取的读数也在不同位置进行，模拟阵列的多个天线元件。

通常，为了对抗干扰，无人机会对从标签接收到的传输进行数字解码，并重新编码以传输给阅读器。但在这种情况下，解码编码过程施加的延迟会改变信号的相对相位，从而无法准确测量位置。

所有无线电系统都通过调制基本传输频率来编码信息，通常通过稍微上下移动它来编码信息。但是，由于RFID标签没有独立的电源，因此其调制比阅读器的调制要小。因此，麻省理工学院的研究人员设计了一种模拟滤波器，可以从到达读取器的信号中减去基本传输频率，然后分离低频和高频分量。然后，低频分量（来自标签的信号）被加回基频。

参考框架

然而，在这一点上，另一个问题仍然存在。由于无人机正在移动，到达读取器的信号的相移不仅来自无人机相对于 RFID 标签的位置，还来自其相对于读取器的位置。仅根据接收到的信号，读者无法判断这两个因素对总相移的贡献程度。

因此，麻省理工学院的研究人员还为他们的每架无人机配备了自己的RFID标签。无人机在将读取器的信号中继到标记的项目和简单地让自己的标签反射回信号之间交替，以便读取器可以估计无人机对总相移的贡献并将其删除。

在媒体实验室的实验中，涉及标记的物体，其中许多被故意隐藏起来，以接近堆积在仓库货架上的商品的状况，该系统能够以 19 厘米的精度定位标签，同时将阅读器的范围扩展到各个方向十倍，或累计一百倍。研究人员目前正在马萨诸塞州一家主要零售商的仓库中进行第二组实验。

“继电器在通信中的应用已经有很长一段时间了，甚至将网络带到了农村地区，”卡内基梅隆大学电气和计算机工程助理教授Swarun Kumar说。“这里的变化是，其中一端是无电池的，他们希望对无电池设备进行位置跟踪，这需要相位一致的测量。这些因素共同使问题变得非常具有挑战性。这就是我认为这部作品在概念上的新颖之处。我预计，除了库存跟踪问题之外，可能还有更多的应用——这本身就非常重要。