专题中喝动算接学會通认第17卷第2期2021年2月 问题与挑战 RFID无源感知的新机遇 凭借着与生俱来的“识别基因”和反向散射特 鉴于上述挑战性问题，仅依靠单个RFID标签 性赋予的“感知能力”，RFID的出现为可标记无源 的反向散射信号特征很难对感知对象实现全面、综 感知提供了新的可能性。但事实上，对于RFD系合、深入透彻的无源感知，并且无法消除环境噪声 统基于反向散射通信的无源感知这种全新感知模 带来的干扰。我们通过研究发现，在RFID系统实 式，其中的感知机理和方法都尚未明确。从感知环 现无源感知的过程中，多个RFID标签能够以接触 境中获取的射频信号所蕴含的各项感知特征（如信或者非接触的方式有效部署在感知对象周围，形成 号强度、相位变化、多普勒频移等)与不同的感知“RFID阵列”进行感知。基于RFID可标记的特性， 状态（如空间位置、动作行为、生命体征等）之间我们能够有效地区分“RFID阵列”中每一个反向 的变化关系和敏感程度，还有待进一步探索。具体 散射信号的来源；进一步，根据“RFID阵列”中 来说，基于RFID的无源感知主要存在以下亟待解 标签之间的拓扑关系和来自每个标签的信号特征， 决的挑战性问题： 我们有机会基于多个RFID信号源构成的感知阵列 1.跨域感知缺乏理论模型支持：RFID系统利构建“RFID雷达”，对接收到的感知信号进行“去 用反向散射信号在信号域的特征来对其他感知域的 伪存真”和“去粗存精”，充分还原感知对象状态 状态进行推理，实现跨域感知。然而，目前还缺乏 变化的真相和细节，来实现全面、综合、深入透彻 一套有效的理论感知模型，来刻画多个感知域和射 的可标记无源感知。 频信号在时间、空间、频率等信号域的潜在关联性， 具体来说，RFID无源感知的新机遇包括以下 无法通过量化的方式来度量相关特征参量之间的数三个方面（如图2所示）： 理关系，因此无法有效指导跨域感知。 1.从“单标签感知”到“标签阵列感知”：拓 2.感知信号易受多种因素干扰：面向真实复杂 展感知维度 环境中普遍存在的动态性、复杂性和不可控性，从 早期的RFID无源感知技术往往使用较多的天 无源感知FID系统中获取的射频感知信号容易受线对“单标签”实现定位追踪等简单感知，但是单 到环境中多种因素的干扰，如能量吸收、多径反射标签信号易受干扰，增加天线数量还将大幅提高硬 等，导致相关信号特征被湮没在周围的环境噪声和件成本和部署复杂度。基于“标签阵列”的感知 干扰中，直接影响无源感知系统的感知性能，这对机制能够在空间范畴对感知维度进行充分的拓展， 提升无源感知机制的泛化能力提出了挑战。 通过合理设计多个标签的拓扑关系，可以将信号特 3.绑定/非绑定感知欠缺方法论指导：在征以“差分”的方法来消除外界环境因素对标签信 RFID无源感知过程中，一个或多个RFD标签往往号的整体性干扰41，对抗动态环境变化带来的影响， 以接触或者非接触的方式来对感知对象实现“绑定提高感知信号的稳定性和可靠性。在此基础上，可 式感知”或者“非绑定式感知”。然而，对于绑定以进一步利用空间范畴上多维度的感知数据对感知 式感知和非绑定式感知的核心内容如感知模型、部对象进行全面、透彻的感知。 署结构、感知方法、协同方式等，仍然缺乏一套成 2.从“绝对定位”到“相对定位”：提升感知 熟完善的方法论来进行指导。 敏感度 综上所述，如何在面向不同感知环境及不同感 当前绝大多数的RFID无源感知依赖于对标签 知对象的条件下确保RFD感知机制的“泛化能力”， 位置的感知，传统的“绝对定位”方式需要给出标 提升实际的感知性能，已经成为当前无源感知领域 签在空间中的绝对坐标，但受到环境因素（如多 的重要科学问题。 径反射)的影响，在真实复杂环境下感知精度很难 2020 专题 第 17 卷  第 2 期  2021 年 2 月 问题与挑战 凭借着与生俱来的“识别基因”和反向散射特 性赋予的“感知能力”，RFID 的出现为可标记无源 感知提供了新的可能性。但事实上，对于 RFID 系 统基于反向散射通信的无源感知这种全新感知模 式，其中的感知机理和方法都尚未明确。从感知环 境中获取的射频信号所蕴含的各项感知特征（如信 号强度、相位变化、多普勒频移等）与不同的感知 状态（如空间位置、动作行为、生命体征等）之间 的变化关系和敏感程度，还有待进一步探索。具体 来说，基于 RFID 的无源感知主要存在以下亟待解 决的挑战性问题 ： 1. 跨域感知缺乏理论模型支持 ：RFID 系统利 用反向散射信号在信号域的特征来对其他感知域的 状态进行推理，实现跨域感知。然而，目前还缺乏 一套有效的理论感知模型，来刻画多个感知域和射 频信号在时间、空间、频率等信号域的潜在关联性， 无法通过量化的方式来度量相关特征参量之间的数 理关系，因此无法有效指导跨域感知。 2. 感知信号易受多种因素干扰 ：面向真实复杂 环境中普遍存在的动态性、复杂性和不可控性，从 无源感知 RFID 系统中获取的射频感知信号容易受 到环境中多种因素的干扰，如能量吸收、多径反射 等，导致相关信号特征被湮没在周围的环境噪声和 干扰中，直接影响无源感知系统的感知性能，这对 提升无源感知机制的泛化能力提出了挑战。 3. 绑定／非绑定感知欠缺方法论指导：在 RFID 无源感知过程中，一个或多个 RFID 标签往往 以接触或者非接触的方式来对感知对象实现“绑定 式感知”或者“非绑定式感知”。然而，对于绑定 式感知和非绑定式感知的核心内容如感知模型、部 署结构、感知方法、协同方式等，仍然缺乏一套成 熟完善的方法论来进行指导。 综上所述，如何在面向不同感知环境及不同感 知对象的条件下确保 RFID 感知机制的“泛化能力”， 提升实际的感知性能，已经成为当前无源感知领域 的重要科学问题。 RFID 无源感知的新机遇 鉴于上述挑战性问题，仅依靠单个 RFID 标签 的反向散射信号特征很难对感知对象实现全面、综 合、深入透彻的无源感知，并且无法消除环境噪声 带来的干扰。我们通过研究发现，在 RFID 系统实 现无源感知的过程中，多个 RFID 标签能够以接触 或者非接触的方式有效部署在感知对象周围，形成 “RFID 阵列”进行感知。基于 RFID 可标记的特性， 我们能够有效地区分“RFID 阵列”中每一个反向 散射信号的来源 ；进一步，根据“RFID 阵列”中 标签之间的拓扑关系和来自每个标签的信号特征， 我们有机会基于多个 RFID 信号源构成的感知阵列 构建“RFID 雷达”，对接收到的感知信号进行“去 伪存真”和“去粗存精”，充分还原感知对象状态 变化的真相和细节，来实现全面、综合、深入透彻 的可标记无源感知。 具体来说，RFID 无源感知的新机遇包括以下 三个方面（如图 2 所示）： 1. 从“单标签感知”到“标签阵列感知”：拓 展感知维度 早期的 RFID 无源感知技术往往使用较多的天 线对“单标签”实现定位追踪等简单感知，但是单 标签信号易受干扰，增加天线数量还将大幅提高硬 件成本和部署复杂度 [3]。基于“标签阵列”的感知 机制能够在空间范畴对感知维度进行充分的拓展， 通过合理设计多个标签的拓扑关系，可以将信号特 征以“差分”的方法来消除外界环境因素对标签信 号的整体性干扰[4~8]，对抗动态环境变化带来的影响， 提高感知信号的稳定性和可靠性。在此基础上，可 以进一步利用空间范畴上多维度的感知数据对感知 对象进行全面、透彻的感知。 2. 从“绝对定位”到“相对定位”：提升感知 敏感度 当前绝大多数的 RFID 无源感知依赖于对标签 位置的感知，传统的“绝对定位”方式需要给出标 签在空间中的绝对坐标 [9]，但受到环境因素（如多 径反射）的影响，在真实复杂环境下感知精度很难