高、低溫環(huán)境下汽車電子標(biāo)識(shí)的靈敏度

　　一、引言

　　由于具有高速移動(dòng)物體識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別和非接觸識(shí)別等特點(diǎn)，RFID技術(shù)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。基于RFID技術(shù)的汽車電子標(biāo)識(shí)技術(shù)給創(chuàng)新交通管理和執(zhí)法服務(wù)帶來了新機(jī)遇。無錫、深圳等城市已經(jīng)在重點(diǎn)車輛通行監(jiān)管、特種車輛優(yōu)先通行、假/套牌車緝查布控、小區(qū)/停車場(chǎng)門禁服務(wù)等方面廣泛運(yùn)用RFID電子標(biāo)識(shí)，給社會(huì)管理和人民生活帶來巨大便利，得到了社會(huì)的高度認(rèn)可。隨著汽車電子標(biāo)識(shí)的推廣，其在全國(guó)范圍內(nèi)的應(yīng)用也指日可待。然而由于我國(guó)各地的氣候差別較大，汽車電子標(biāo)識(shí)必然會(huì)面臨其在低溫環(huán)境和高溫環(huán)境中的應(yīng)用。由于現(xiàn)有芯片技術(shù)限制，必然導(dǎo)致汽車電子標(biāo)識(shí)在高、低溫情況下性能發(fā)生一定的變化。那么汽車電子標(biāo)識(shí)在高、低溫環(huán)境下是否可以正常使用，必須要進(jìn)行提前研究和測(cè)試。

　　二、高、低溫環(huán)境對(duì)汽車電子標(biāo)識(shí)性能的影響

　　汽車電子標(biāo)識(shí)屬于超高頻頻段RFID電子標(biāo)簽，實(shí)際應(yīng)用頻段為920MHz~925MHz。其在高、低溫環(huán)境下主要性能影響因素與一般的超高頻RFID電子標(biāo)簽相同，即主要存在兩個(gè)方面的影響：一是汽車電子標(biāo)識(shí)在高、低溫環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)反向鏈路頻率的變化;二是汽車電子標(biāo)識(shí)在高、低溫環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)靈敏度的變化。

　　(一)高、低溫環(huán)境下汽車電子標(biāo)識(shí)反向鏈路頻率

　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29768-2013《信息技術(shù) 射頻識(shí)別800/900MHz 空中接口協(xié)議》的要求，電子標(biāo)識(shí)在-25℃至60℃情況下，需要滿足反向鏈路頻率偏差≤20%[3]。而應(yīng)用于實(shí)際路面環(huán)境的汽車電子標(biāo)識(shí)，為確保其在全國(guó)各個(gè)地區(qū)和氣候環(huán)境下均能正常工作，應(yīng)滿足≥-40℃且≤85℃的情況下依然能夠正常工作，若此時(shí)反向鏈路頻率偏差較大，則可能由于讀寫設(shè)備無法解調(diào)反向信號(hào)而無法進(jìn)行正常通訊，而現(xiàn)有的讀寫設(shè)備一般能夠解調(diào)反向鏈路信號(hào)的容差也僅為±20%，所以汽車電子標(biāo)識(shí)在高、低溫環(huán)境下的反向鏈路頻率應(yīng)具備更高的要求。針對(duì)高、低溫環(huán)境下的汽車電子標(biāo)識(shí)反向鏈路頻率變化，我們按照?qǐng)D1的方法進(jìn)行測(cè)試。

　　測(cè)試信號(hào)發(fā)生器的型號(hào)為是德E4438C，由上位機(jī)控制發(fā)送前向Query信號(hào)。發(fā)射功率控制為18dBm，中心頻率選取定頻922.375MHz，載波不關(guān)閉，信號(hào)間隔時(shí)間為5毫秒。Query信號(hào)的Tc值取6.25us，會(huì)話標(biāo)志選擇S0，盤點(diǎn)標(biāo)志為Ob，前導(dǎo)信號(hào)指示TRext=1，反向鏈路速率因子K=1，反向編碼選擇Miller2編碼方式。測(cè)試信號(hào)分析儀的型號(hào)為泰克RSA5103B，在時(shí)域模式測(cè)試汽車電子標(biāo)識(shí)反向鏈路數(shù)據(jù)的信號(hào)功率包絡(luò)。

　　由于汽車電子標(biāo)識(shí)存在多個(gè)版本，選取3個(gè)不同版本汽車電子標(biāo)識(shí)各10張作為測(cè)試樣品，分別按照?qǐng)D1進(jìn)行測(cè)試。在-40℃至85℃的溫度下，每隔10℃進(jìn)行一次測(cè)試，待溫箱內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定后記錄結(jié)果，測(cè)試結(jié)果如表1所示，將測(cè)試結(jié)果繪制成曲線，如圖2所示。

　　從圖2可以看出，汽車電子標(biāo)識(shí)的反向鏈路頻偏與溫度呈線性變化的關(guān)系。3個(gè)版本的汽車電子標(biāo)識(shí)由于芯片設(shè)計(jì)的差別，導(dǎo)致其隨溫度變化的趨勢(shì)有所區(qū)別，其中版本1電子標(biāo)識(shí)隨著溫度的降低，其反向鏈路頻率減小;版本2電子標(biāo)識(shí)隨著溫度的降低，其反向鏈路頻率增大;版本3電子標(biāo)識(shí)的反向鏈路頻率不隨著溫度變化。很明顯可以看出，版本3的電子標(biāo)識(shí)針對(duì)高低溫反向鏈路頻率偏移，其方案最為理想，不過所有3個(gè)版本的電子標(biāo)識(shí)反向鏈路頻偏均在-40℃和85℃時(shí)依然低于20%，也充分滿足了GB/T29768的要求。

　　(二)高、低溫環(huán)境下汽車電子標(biāo)識(shí)靈敏度

　　電子標(biāo)識(shí)的靈敏度作為衡量電子標(biāo)識(shí)的一個(gè)重要指標(biāo)，直接關(guān)系到實(shí)際電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的識(shí)讀距離、識(shí)讀穩(wěn)定性等。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車電子標(biāo)識(shí)通用技術(shù)條件》征求意見稿的要求，汽車電子標(biāo)識(shí)在0℃至40℃的溫度下，數(shù)據(jù)讀取靈敏度需≤-17dBm。由于汽車電子標(biāo)識(shí)需要在環(huán)境溫度≥-40℃且≤85℃情況下能夠正常工作，若此時(shí)靈敏度下降嚴(yán)重，則可能導(dǎo)致實(shí)際環(huán)境中由于讀寫設(shè)備前向信號(hào)在遠(yuǎn)距離情況下減小而無法激活電子標(biāo)識(shí)，使得識(shí)讀距離大大縮短。

　　低溫環(huán)境的電子標(biāo)識(shí)靈敏度，按照?qǐng)D3進(jìn)行測(cè)試。靈敏度測(cè)試儀型號(hào)為Voyantic Tagformance。該儀器放置于暗室內(nèi)，設(shè)置測(cè)試模式為GB/T 29768協(xié)議測(cè)試，反向鏈路參數(shù)設(shè)置為320K-Miller2。由于高低溫箱內(nèi)屬于全屏蔽環(huán)境，如果將儀器天線直接置于高低溫箱內(nèi)，會(huì)由于反射嚴(yán)重而無法得到真實(shí)靈敏度數(shù)據(jù)，所以測(cè)試時(shí)必須將待測(cè)汽車電子標(biāo)識(shí)的溫度下降到-50℃以下，立刻將其取出并放置在測(cè)試儀上，用紅外測(cè)溫儀測(cè)量電子標(biāo)識(shí)表面溫度，待其溫度達(dá)到-40℃時(shí)，立刻用靈敏度測(cè)試儀檢測(cè)其靈敏度。

　　高溫環(huán)境下的電子標(biāo)識(shí)靈敏度，則可直接使用靈敏度測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)。靈敏度測(cè)試儀的設(shè)置與低溫一樣，同樣放置于暗室內(nèi)，將電子標(biāo)識(shí)置于測(cè)試儀上，使用電吹風(fēng)或熱風(fēng)槍等進(jìn)行加熱，并用紅外測(cè)溫儀測(cè)量其表面溫度(注意必須在電吹風(fēng)或熱風(fēng)槍關(guān)閉情況下測(cè)量溫度)，待其溫度達(dá)到85℃時(shí)，立刻使用靈敏度測(cè)試儀檢測(cè)其靈敏度。

　　同樣針對(duì)表1中3個(gè)版本的汽車電子標(biāo)識(shí)進(jìn)行測(cè)試，在20℃、-40℃和85℃溫度下，得到表2的測(cè)試數(shù)據(jù)，并由靈敏度測(cè)試儀導(dǎo)出圖4、圖5、圖6的靈敏度測(cè)試數(shù)據(jù)曲線。

　　由測(cè)試結(jié)果可以看出，在920MHz~925MHz頻段，相對(duì)于常溫情況，汽車電子標(biāo)識(shí)在高、低溫環(huán)境下均出現(xiàn)靈敏度下降情況。其中低溫環(huán)境下靈敏度下降幅度不明顯，版本1和版本3汽車電子標(biāo)識(shí)下降幅度達(dá)到了0.5dBm~0.6dBm;在高溫環(huán)境下靈敏度也出現(xiàn)下降幅度較大的情況，版本1汽車電子標(biāo)識(shí)靈敏度下降幅度達(dá)到了2.3dBm，版本2也達(dá)到了1.6dBm，版本3達(dá)到了0.8dBm。所以高溫對(duì)汽車電子標(biāo)識(shí)的影響相對(duì)更大，性能下降情況較明顯。

　　三、高、低溫環(huán)境汽車電子標(biāo)識(shí)應(yīng)用測(cè)試效果

　　針對(duì)汽車電子標(biāo)識(shí)在高、低溫環(huán)境下反向鏈路頻率和靈敏度變化的情況，選取實(shí)際高、低溫環(huán)境進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)跑車測(cè)試。選擇6月份的新疆吐魯番市為高溫應(yīng)用測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試時(shí)實(shí)際環(huán)境溫度為36.2℃，車窗開啟，汽車電子標(biāo)識(shí)表面溫度為60.8℃;選擇1月份的黑龍江省漠河縣為低溫應(yīng)用測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試時(shí)實(shí)際環(huán)境溫度為-30.3℃，車窗開啟，汽車電子標(biāo)識(shí)表面溫度為-26.6℃。按照?qǐng)D7的方法進(jìn)行測(cè)試。

　　測(cè)試場(chǎng)地均選取空曠無外在干擾的環(huán)境，讀寫單元輸出功率設(shè)置為26dBm或30dBm，天線增益10dBi，天線單元下沿距離地面垂直高度H1為5.5m，與水平面的夾角為60°。讀寫設(shè)備設(shè)置前向Query信號(hào)的Tc值取6.25us，會(huì)話標(biāo)志選擇S0，盤點(diǎn)標(biāo)志為Ob，前導(dǎo)信號(hào)指示TRext=1，反向鏈路速率因子K=1，反向編碼選擇Miller2編碼方式。待測(cè)汽車電子標(biāo)識(shí)粘貼在測(cè)試車輛前風(fēng)窗玻璃微波窗口位置，距離地面垂直高度H2為1.35m，測(cè)試車輛行駛方向正對(duì)天線單元。靜態(tài)識(shí)讀汽車電子標(biāo)識(shí)測(cè)試結(jié)果如表3所示。

　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車電子標(biāo)識(shí)通用技術(shù)條件》征求意見稿的要求，在外界溫度為0℃~40℃，發(fā)射功率為26dBm，天線增益10dBi情況下，靜態(tài)識(shí)讀距離需≥12米。從表3可以看到，版本2和版本3的汽車電子標(biāo)識(shí)的實(shí)際應(yīng)用性能依然可以滿足要求。而當(dāng)發(fā)射功率為30dBm時(shí)，各版本電子標(biāo)識(shí)的讀寫距離大于30米，連續(xù)識(shí)讀范圍均大于20米。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)跑車測(cè)試，在車速為50km/h~80km/h的情況下，單讀寫設(shè)備單天線模式均能穩(wěn)定的識(shí)讀到汽車電子標(biāo)識(shí)，識(shí)讀次數(shù)大于等于50次，可以滿足實(shí)際應(yīng)用要求。

　　四、結(jié)束語

　　通過測(cè)試汽車電子標(biāo)識(shí)在實(shí)驗(yàn)室高、低溫環(huán)境和實(shí)際高、低溫環(huán)境的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能，測(cè)得現(xiàn)有汽車電子標(biāo)識(shí)的性能足夠滿足高、低溫環(huán)境的實(shí)際應(yīng)用。隨著國(guó)內(nèi)越來越多的城市加入汽車電子標(biāo)識(shí)的試點(diǎn)應(yīng)用，汽車電子標(biāo)識(shí)在高、低溫環(huán)境的應(yīng)用需要具備更高的可靠性和一致性。在實(shí)際使用過程中，由于車內(nèi)一般具備空調(diào)等控溫設(shè)備，汽車電子標(biāo)識(shí)的使用環(huán)境實(shí)際溫度很難低于-20℃或高于50℃，所以實(shí)際應(yīng)用效果將更好。當(dāng)然，隨著汽車電子標(biāo)識(shí)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，汽車電子標(biāo)識(shí)的性能，包括反向鏈路頻偏和靈敏度等數(shù)據(jù)在各個(gè)溫度情況下也會(huì)進(jìn)一步提升。