一种矢量速度测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种矢量速度测量装置，属于惯性导航技术领域。所述装置包括：室内设置相对地面静止的第一无线信号发射机、第二无线信号发射机和第三无线信号发射机，三个无线信号发射机在同一平面不同直线上，室内还包括移动站，移动站集成了三自由度加速度计、三自由度陀螺仪和无线信号接收机所述装置为移动站，包括无线信号接收机，三轴加速度计模块，三轴陀螺仪模块，数据处理模块，用于获取室内矢量速度。所述方法实现在室内体育训练场馆中，较长时间准确的获取运动员的矢量速度，解决运动员佩戴捷联惯导设备时存在的漂移问题。佩戴捷联惯导设备时存在的漂移问题。佩戴捷联惯导设备时存在的漂移问题。

【技术实现步骤摘要】
一种矢量速度测量装置


[0001]本专利技术涉及一种矢量速度测量装置，属于惯性导航


技术介绍

[0002]在400米跑、接力赛跑等竞技体育项目的训练过程中，教练员希望能够准确的掌握运动员的运动速度，以有针对性的为其制定训练方案。现有的实时获取运动员运动速度的手段，在室外环境中主要依靠GPS、北斗等卫星导航系统，通过卫星导航接收机的实时位置的差分运算，获得速度值；在室内训练场馆环境，一般由于遮挡没有卫星导航信号，需要采用其它技术手段。
[0003]使用惯性导航技术在室内环境下获得矢量速度，即将三轴陀螺仪、三轴加速度计设置在运动员身上，通过实时读取六个自由度的信息，经过组合运算后，能获取运动员的实时速度、姿态信息。但是使用陀螺仪、加速度计这类惯性器件存在漂移的问题，即如果不经过校准，一段时间后计算出的矢量速度信息将发散，与真实的速度的方向和大小方向不一致。
[0004]然而，现有使用惯性导航技术直接获取矢量速度信息存在漂移的问题。上述已有惯性导航技术在室内环境下获得矢量速度虽然具有获取运动员的实时速度、姿态信息的效果，然而，使用陀螺仪、加速度计这类惯性器件存在漂移的问题，即如果不经过校准，一段时间后计算出的矢量速度信息将发散，与真实的速度的方向和大小方向不一致，性能的改进还存在很大空间。
[0005]本专利技术的目的是致力于解决上述漂移的问题，提出一种测量矢量速度的装置。具体的，室内体育运动场内至少布置三个无线电信号发射机，运动员佩戴捷联惯导设备和一个无线电接收单元，无线电接收单元根据接收信号的多普勒频偏，校准捷联惯导设备输出的矢量速度。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有惯性导航在室内环境下获得矢量速度虽然具有获取运动员的实时速度以及姿态信息存在的漂移问题，即若不经校准，一段时间后计算出的矢量速度信息将发散，与真实的速度和大小方向不一致，导致性能改进还存在很大空间，提出了一种矢量速度测量装置。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采取如下技术方案。
[0008]所述矢量速度测量装置，包括室内设置相对地面静止的第一无线信号发射机、第二无线信号发射机和第三无线信号发射机，所述三个无线信号发射机在同一平面且不在同一条直线上，室内还包括移动站；
[0009]所述第一无线信号发射机发送第一单音信号，所述第二无线信号发射机发送第二单音信号，所述第三无线信号发射机发送第三单音信号；
[0010]其中，第一、第二和第三单音信号的相位相参且三者频率不同；
[0011]所述移动站接收所述第一、第二和第三单音信号，并根据接收到的信号，估计移动站的运动状态；
[0012]所述移动站根据估计的运动状态，校准所述三自由度加速度计和三自由度陀螺仪的输出结果；
[0013]所述第一无线信号发射机发射第一单音信号的频率为f1，其中f1＝k
×
f0，k为正整数；
[0014]所述第二无线信号发射机接收所述第一单音信号f1，根据所述第一单音信号，经过k分频生成f0信号，根据f0信号m倍频后生成第二单音信号f2，f2＝m
×
f0，m为不等于k的正整数；
[0015]所述第三无线信号发射机接收所述第一单音信号f1，根据所述第一单音信号，经过k分频生成f0信号，根据f0信号n倍频后生成所述第三单音信号f3，f3＝n
×
f0，n为不等于k，且不等于m的正整数；
[0016]其中，所述k、m、n互为质数；
[0017]所述移动站接收所述第一、第二和第三单音信号，并根据接收到的信号，估计移动站的运动状态，具体为：所述移动站接收所述第一单音信号，对其进行k倍分频，得到接收到的第一单音信号k分频后的频率f01
’
＝f1
’
/k，其中，f1
’
为接收到的第一单音信号，f1
’
＝f1+fd1，fd1是由于所述移动站相对于第一基站运动产生的多普勒频移；
[0018]所述移动站接收所述第二单音信号，对其进行m倍分频，得到接收到的第二单音信号m分频后的频率f02
’
＝f2
’
/m；
[0019]其中，f2
’
为接收到的第二单音信号，f2
’
＝f2+fd2，fd2是由于所述移动站相对于第二基站运动产生的多普勒频移；
[0020]所述移动站接收所述第三单音信号，对其进行n倍分频，得到接收到的第三单音信号n分频后的频率f03
’
＝f3
’
/n；
[0021]其中，f3
’
为接收到的第三单音信号，f3
’
＝f3+fd3，fd3是由于所述移动站相对于第三基站运动产生的多普勒频移；
[0022]当abs(f01
’‑
f02
’
)，abs(f01
’‑
f03
’
)，abs(f03
’‑
f02
’
)都小于预设阈值时，所述移动站认为其处于静止状态，并修正三轴加速度计的积分结果；
[0023]其中，abs(f01
’‑
f02
’
)表示计算f01
’
与f02
’
之差的绝对值，abs(f01
’‑
f03
’
)表示计算f01
’
与f03
’
之差的绝对值，abs(f03
’‑
f02
’
)表示计算f03
’
与f02
’
之差的绝对值；
[0024]所述移动站接收所述第一、第二和第三单音信号，并根据接收到的信号，估计移动站的运动状态，具体为：
[0025]所述移动站接收所述第一单音信号，对其进行k倍分频，得到接收到的第一单音信号k分频后的频率f01
’
＝f1
’
/k，其中，f1
’
为接收到的第一单音信号，f1
’
＝f1+fd1，fd1是由于所述移动站相对于第一基站运动产生的多普勒频移；
[0026]所述移动站接收所述第二单音信号，对其进行m倍分频，得到接收到的第二单音信号m分频后的频率f02
’
＝f2
’
/m，其中，f2
’
为接收到的第二单音信号，f2
’
＝f2+fd2，fd2是由于所述移动站相对于第二基站运动产生的多普勒频移；
[0027]所述移动站接收所述第三单音信号，对其进行n倍分频，得到接收到的第三单音信号n分频后的频率f03
’
＝f3
’
/n；
[0028]其中，f3
’
为接收到的第三单音信号，f3
’
＝f3+f本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矢量速度测量装置，其特征在于：包括室内设置相对地面静止的第一无线信号发射机、第二无线信号发射机和第三无线信号发射机，所述三个无线信号发射机在同一平面且不在同一条直线上，室内还包括移动站；所述第一无线信号发射机发送第一单音信号，所述第二无线信号发射机发送第二单音信号，所述第三无线信号发射机发送第三单音信号；其中，第一、第二和第三单音信号的相位相参且三者频率不同；所述移动站接收所述第一、第二和第三单音信号，并根据接收到的信号，估计移动站的运动状态；所述移动站根据估计的运动状态，校准所述三自由度加速度计和三自由度陀螺仪的输出结果。2.根据权利要求1所述的装置，所述第一无线信号发射机发送第一单音信号，所述第二无线信号发射机发送第二单音信号，所述第三无线信号发射机发送第三单音信号，其中第一、第二和第三单音信号相位相参、频率不同，其特征在于：所述第一无线信号发射机发射第一单音信号的频率为f1，其中f1＝k
×
f0，k为正整数；所述第二无线信号发射机接收所述第一单音信号f1，根据所述第一单音信号，经过k分频生成f0信号，根据f0信号m倍频后生成第二单音信号f2，f2＝m
×
f0，m为不等于k的正整数；所述第三无线信号发射机接收所述第一单音信号f1，根据所述第一单音信号，经过k分频生成f0信号，根据f0信号n倍频后生成所述第三单音信号f3，f3＝n
×
f0，n为不等于k，且不等于m的正整数。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述k，m，n互为质数。4.根据权利要求3所述的装置，所述移动站接收所述第一、第二和第三单音信号，并根据接收到的信号，估计移动站的运动状态，其特征在于：所述移动站，包括三轴加速度计模块、三轴陀螺仪模块以及无线信号接收机；所述移动站接收所述第一单音信号，对其进行k倍分频，得到接收到的第一单音信号k分频后的频率f01
’
＝f1
’
/k，其中，f1
’
为接收到的第一单音信号，f1
’
＝f1+fd1，fd1是由于所述移动站相对于第一基站运动产生的多普勒频移；所述移动站接收所述第二单音信号，对其进行m倍分频，得到接收到的第二单音信号m分频后的频率f02
’
＝f2
’
/m，其中，f2
’
为接收到的第二单音信号，f2
’
＝f2+fd2，fd2是由于所述移动站相对于第二基站运动产生的多普勒频移；所述移动站接收所述第三单音信号，对其进行n倍分频，得到接收到的第三单音信号n分频后的频率f03
’
＝f3
’
/n，其中，f3
’
为接收到的第三单音信号，f3
’
＝f3+fd3，fd3是由于所述移动站相对于第三基站运动产生的多普勒频移；当abs(f01
’‑
f02
’
)，abs(f01
’‑
f03
’
)，abs(f03
’‑
f02
’
)都小于预设阈值时，所述移动站认为其处于静止状态，并修正三轴加速度计的积分结果，其中abs(f01
’‑
f02
’
)表示计算f01
’
与f02
’
之差的绝对值，abs(f01
’‑
f03
’
)表示计算f01
’
与f03
’
之差的绝对值，abs(f03
’‑
f02
’
)表示计算f03
’
与f02
’
之差的绝对值。5.根据权利要求4所述的装置，所述移动站接收所述第一、第二和第三单音信号，并根据接收到的信号，估计移动站的运动状态，其特征在于：所述移动站接收所述第一单音信号，对其进行k倍分频，得到接收到的第一单音信号k分频后的频率f01
’
＝f1
’
/k，其中，f1
’
为接收到的第一单音信号，f1
’
＝f1+fd1，fd1是由于
所述移动站相对于第一基站运动产生的多普勒频移；所述移动站接收所述第二单音信号，对其进行m倍分频，得到接收到的第二单音信号m分频后的频率f02
’
＝f2
’
/m，其中，f2
’
为接收到的第二单音信号，f2
’
＝f2+fd2，fd2是由于所述移动站相对于第二基站运动产生的多普勒频移；所述移动站接收所述第三单音信号，对其进行n倍分频，得到接收到的第三单音信号n分频后的频率f03
’
＝f3
’
/n，其中，f3
’
为接收到的第三单音信号，f3
’
＝f3+fd3，fd3是由于所述移动站相对于第三基站运动产生的多普勒频移；所述移动站根据f01
’
，f02
’
和f03
’
，以及第一、第二和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘泳庆，陈骐，张伦，
申请(专利权)人：国家体育总局体育科学研究所，
类型：发明
国别省市：