TCIE 062-2020 室内可见光定位技术规范 第1部分：基于低频调制光源的室内可见光定位系统

ICS33.060M33团体标准T/CIE062—2020室内可见光定位技术规范第1部分:基于低频调制光源的室内可见光定位系统Technicalspecificationforindoorvisiblelightpositioning—Part1:Visiblelightpositioningsystembasedonlowfrequencymodulatedlightsources2020-03-02发布2020-03-02实施中国电子学会发布目次前言.....................................................................II引言....................................................................III1范围......................................................................12规范性引用文件............................................................13术语、定义和缩略语........................................................14概述......................................................................25系统要求..................................................................35.1发射端要求............................................................35.2接收端要求............................................................45.3性能参数..............................................................55.4定位流程..............................................................55.5可拓展性..............................................................56测试方法..................................................................66.1发射端分类方法........................................................66.2接收端分类方法........................................................76.3系统参数测量方法......................................................7T/CIE062-2020II前言本标准按照GB/T1.1-2009《标准化工作导则第一部分：标准化文件的结构和起草规划》给出的规定起草。《室内可见光定位技术规范》分为如下两部分：——室内可见光定位技术规范第1部分：基于低频调制光源的室内可见光定位系统（T/CIE062-2020）。——室内可见光定位技术规范第2部分：基于标志物识别的室内可见光定位系统（T/CIE063-2020）。本标准为第1部分。本标准由中国电子学会提出并归口。本标准起草单位：中国电子科技集团公司电子科学研究院，北京理工大学，中国电子科技集团公司第五十四研究所卫星导航系统与装备技术国家重点实验室，复旦大学，南京邮电大学，中电科新型智慧城市研究院有限公司，北京计算机技术及应用研究所。本标准主要起草人：蔺博，吕慧超，黄河清，冯立辉，蔚保国，迟楠，陈健，程静，王镭，杨爱英。T/CIE062-2020III引言随着工业4.0及智慧城市的发展，室内定位的需求也在大幅增加，与此同时，卫星导航系统由于屋顶遮挡在室内无法使用，因此出现了多种室内定位技术。综合定位精度及成本来看，基于低频调制光源的可见光定位技术具有很大优势，与其他室内定位技术相比，具有高精度、易架设、低成本、无电磁辐射、信息安全等优势，可为室内的行人、机器人或特定终端提供位置信息，可应用于物联网智能物流、智慧城市行人导航等领域，具有良好的应用前景。T/CIE062-2020的本标准规定了基于低频调制光源的室内可见光定位方法的定位流程、定位系统性能评价标准、系统开放能力。主要包括以下几方面内容：基于低频调制光源的室内可见光定位系统的系统架构、性能参数、定位流程、可拓展性及测试方法等。本标准适用于购物中心、停车场、医院、图书馆、工厂、仓库、车站、写字楼、邮轮等室内或地下场景中基于低频调制光源的行人、机器人或终端定位任务。例如在购物中心场景下，行人利用低频可见光定位系统完成对自身位置的确定和信息推送，并结合自身位置信息和室内地图信息，快速到达计划前往的特定地点。从室内定位服务的角度来看，任务和场景种类繁多，通过规范可见光定位系统的方式，可以有效解决多种应用需求下的室内定位问题。T/CIE062-20201室内可见光定位技术规范第1部分：基于低频调制光源的室内可见光定位系统1范围本标准对基于低频调制光源的室内可见光定位系统规定了系统架构、性能参数、定位流程、可拓展性等技术要求，描述了相应的测试方法。本标准适用于工业或公共活动场所的基于低频调制光源的室内可见光定位系统。2规范性引用文件下列文件中的内容通过本标准中的规范性引用而构成本标准中必不可少的条款。其中，该日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本标准；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB/T36628.4-2019信息技术系统间远程通信和信息交换可见光通信第4部分：室内定位传输协议GB/T20004.1-2016团体标准化第1部分：良好行为指南GB/T20004.2-2018团体标准化第2部分：良好行为评价指南GB/T16901.1-2008技术文件用图形符号表示规则第1部分：基本规则GB/T16901.2-2000图形符号表示规则产品技术文件用图形符号第2部分：图形符号GB/T16901.3-2009技术文件用图形符号表示规则第3部分：连接点、网络的分类及其编码3术语、定义和缩略语下列术语和定义适用于本标准。3.1术语和定义3.1.1定位参考信息positioningreferenceinformation发射端发出的包含光源ID或者定位参考点坐标的信号3.1.2低频调制lowfrequencymodulation室内可见光定位系统中，发射端调制频率小于或等于1MHz，大于或等于25Hz3.1.3LiPAN协调器LiPANcoordinatorLiPAN协调器负责LEDID资源及信道频率资源分配、完成组网控制，启动定位过程的T/CIE062-20202装置3.1.4LiPAN设备LiPANdevice接收来自LED的光信号，并能够解析光信号得到自身位置的设备3.1.5LED驱动器LEDdriver将LiPAN协调器传来的电压信号转化为适合驱动LED的电流信号的装置3.1.6指纹库fingerprintdatabase利用可见光信号的某一特性（例如强度、信号到达角度等）在空间中具有特定分布的特点，预先采集并制作一个特征值与坐标对应的查找表3.1.7数据头dataheader在通讯中，被附加到待传输的数据包前面的字段，用于对数据包内容进行定义3.1.8数据体databody在通讯中，被附加到待传输的数据包后面的字段，用于表示数据包的内容3.2缩略语下列缩略语适用于本标准。ID——标识符（Identifier）LED——发光二极管（LightEmittingDiode）PD——光电探测器（PhotoelectricDetector）LiPAN——可见光个域网（VisibleLightPersonalAreaNetwork）CMOS——互补金属氧化物半导体（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）4概述基于低频调制的室内可见光定位系统（见图1）包含发射端和接收端，发射端包含一个或多个工作于广播拓扑的LiPAN，每个LiPAN包含一个或多个LiPAN协调器、一个或多个LED驱动器、一个或多个LED；接收端包含一个或多个LiPAN设备。T/CIE062-20203LiPAN协调器LEDLEDLEDLiPAN设备可见光通信信道LED驱动器LED驱动器LED驱动器LiPAN设备LiPAN设备LiPAN协调器LiPAN协调器发射端接收端接收端接收端LiPAN协调器LED驱动器LED驱动器LED驱动器LEDLEDLEDLiPAN设备LiPAN设备LiPAN设备可见光通信信道发射端接收端接收端接收端a)单LiPAN协调器系统架构b)多LiPAN协调器系统架构图1基于低频调制的室内可见光定位系统架构LiPAN协调器负责发送LED的空间位置参考信息以及其他额外信息，启动定位过程并实现信息的实时推送。其中空间位置参考信息是LEDID或者位置信息：对于单LiPAN协调器系统，LiPAN协调器负责各路信号的同步、LEDID资源及信道频率资源分配；对于多LiPAN协调器系统，多个LiPAN协调器之间可以相互通信，也可以相互独立。LiPAN协调器负责各路LEDID资源及信道频率资源分配、完成组网控制。LED驱动器负责将LiPAN协调器传来的电压信号转化为可以驱动LED的电流信号，可以同时驱动一个或者多个不同形态的LED光源以人眼不可见的频率闪烁，从而实现从电信号到光信号的转化。LiPAN设备可采用PD或者图像传感器接收来自LED的信号，获得其ID或者其空间位置信息，结合相应定位算法，完成定位。5系统要求5.1发射端要求5.1.1概述发射端负责产生并通过LED广播LED的空间位置参考信息，启动定位过程。发射端包含一个或多个工作于广播拓扑的LiPAN，每个LiPAN包含一个或多个LiPAN协调器、一个或多个LED驱动器、一个或多个LED。其具体内容如下。5.1.2分类根据基于低频调制光源的室内定位系统的物理实现方式不同，发射端分为以下6种。a）A类发射端，LiPAN发送的位置参考信息或附加额推送信息，经过单色LED广播后，支持LiPAN设备通过图像传感器接收。b）B类发射端，LiPAN发送的位置参考信息，经过彩色LED广播后。支持LiPAN设备通过图像传感器接收。T/CIE062-20204c）C类发射端，LiPAN发送的位置参考信息或附加额推送信息，经过单色LED广播后，支持LiPAN设备通过PD接收。d）D类发射端，LiPAN发送的位置参考信息或附加额推送信息，经过彩色LED广播后。支持LiPAN设备通过PD接收。e）E类发射端，LiPAN发送的位置参考信息或附加额推送信息，经过单色LED广播后，支持LiPAN设备通过图像传感器和PD接收。f）F类发射器，LiPAN发送的位置参考信息或附加额推送信息，经过彩色LED广播后，支持LiPAN设备通过图像传感器和PD接收。5.1.3闪烁频率闪烁频率小于或等于1MHz同时大于或等于25Hz。5.1.4调制与编码按照GB/T36628.4-2019执行。5.2接收端要求5.2.1概述接收端负责接收和解析发射端发送的可见光信号，在此基础上计算LiPAN设备的空间位置。5.2.2接收端分类根据接收端LiPAN设备所携带的传感器不同，接收端可以分为基于PD接收、基于支持全局快门的图像传感器接收、基于支持卷帘快门的图像传感器接收三类。5.2.3定位方法5.2.3.1基于图像传感器定位时，接收端可以通过以下4种不同的方式接收并解析光信号