近年来,RFID应用随着其飞速发展已经融入了我们的生活,包括仓储管理、人员定位、行为感知等等。作为物联网领域的重点技术,RFID技术所承担的角色已经从简单的“标记识别”的支撑性技术慢慢转型到“无源感知”的代表性技术,RFID的感知机制研究也成为了近年来的研究热点。基于反向散射机制,利用环境对射频信号的影响,RFID可以用来对环境(如液体)进行融合感知。在本文中,我们主要关注的是基于RFID的液体状态感知机制研究。本文探索并总结了RFID信号特征的物理层意义以及液体的影响,由于具有特殊的物理性质,液体中水分子对射频信号主要有吸收、反射、折射的影响,从探索实验中发现,在环境中存在着的液体会通过这三种物理现象影响着RFID的信号特征,如RSSI(信号强度指示)、相位值。本文通过构建物理模型和数学模型来具体阐述,作为两项系统性研究工作的技术铺垫。首先,本文提出了基于RFID的水位监测技术。仅仅将RFID标签粘贴在容器表面,作为微型传感器,即可实现低成本、高精度的非浸入式水位感知,实时地监测容器中液体的剩余量。在液体的吸收作用下,RFID反向散射的信号能量降低,且液面越靠近标签影响越大。基于此,我们利用RFID标签阵列,实时地捕获RSSI特征向量,通过计算并匹配得到当前的水位状态。特别的是,我们提出了动态调整模板的方法,可以保证水位监测的鲁棒性,扩大系统的适用范围。最后,我们进行了一系列实验与性能评估,实验显示我们的算法可以实现超过85%的水位估计准确率,平均水位高度估计误差为0.2cm。基于上述水位监测技术,并结合当前医疗领域的需求,我们开发完成了一套完整的基于RFID的输液监测系统RF-iCare,用于在医院输液大厅或者病房中输液瓶中液体的实时监测,能够实现警报、提醒等功能。我们从硬件设计到软件设计,充分考虑真实情况以及用户操作习惯,最终开发出一套C/S模式的应用程序,并实际部署在多家医院中。在真实环境中,我们对RF-iCare输液监测系统的性能进行了探究,其报警准确率能够达到90%以上。其次,本文提出了基于RFID的滴速监测技术。在输液系统的墨菲氏滴管上粘贴RFID标签,精准感知输液滴速,达到实时提醒医护人员的目的。在墨菲氏滴管中,液滴下坠造成液体的反射、折射影响,附着的RFID标签的相位值发生振荡。基于该特点,我们提出了一套完整的工作框架,抽取出液滴的影响并完成滴速频率估计。首先进行数据预处理来解决信号的相位跳变和时隙异步问题,并滤波消除低频干扰和环境噪声,最后通过基于快速傅里叶变换的频域分析方法抽取最佳频率。特别的是,为提升技术的鲁棒性,我们引入了低通滤波器和基于离散小波变换的滤波方法来去除环境中的干扰,并提出利用标签阵列改善系统性能的方案。最后我们利用商用设备实现该系统,并对该技术进行了实验与性能评估,实验结果显示,我们的方案可以获得平均误差为每分钟3.1滴的频率估计。我们在本论文的贡献点如下:1.总结了RFID信号特征值的物理层特性,并构建模型来具体阐述液体对RFID信号特征值的影响,包括吸收、反射、折射。2.利用液体的吸收作用,实现了基于RFID的水位监测技术。该技术的方法利用标签阵列实现实时水位监测,并提出了基于参考标签的动态模板调整技术,来提升该技术的精度以及鲁棒性。基于水位监测技术,我们开发了基于RFID的输液监测系统RF-iCare,提供一套硬件和软件的解决方案,并在医院中实际部署,做出真实性能评估。3.利用液体的反射、折射作用,实现了基于RFID的滴速监测技术。该技术从相位信息中提取由液滴造成的影响,从而估算得到滴速。特别的是,我们提出了基于低通滤波器以及离散小波变换的环境干扰除噪的方法,并利用标签阵列改善系统性能。