基于三角定位算法的球体运动轨迹实时监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三角定位算法的球体运动轨迹实时监测系统及方法。其监测系统包括信号发送装置、信号接收装置和数据分析处理模块；信号发送装置安装于球体内部，并用于发射信号；信号接收装置安装于球场内，用于接收信号，并将其发送至数据分析模块；数据分析模块用于对接收的信号进行数据处理，确定球体的运动轨迹。本发明专利技术的监测系统能够持续监测球体的运动轨迹，为球类运动中的判决以及平时的训练提供了极大的公平与便利性。其定位误差很小，同时由于本系统的计算量小，设备简单，可以极大地服务于广大球类运动爱好者。极大地服务于广大球类运动爱好者。极大地服务于广大球类运动爱好者。

【技术实现步骤摘要】
基于三角定位算法的球体运动轨迹实时监测系统及方法


[0001]本专利技术属于监测定位
，具体涉及一种基于三角定位算法的球体运动轨迹实时监测系统及方法。

技术介绍

[0002]在球类运动中，为了确保比赛的公平与公正，需要对球体的运动轨迹进行高精度的实时监测，精度的高低和同步时延的大小将影响系统的整体性能。现有技术大都利用高速动态捕捉摄像头和后置的庞大计算机数据处理系统来解决此问题，由于规模巨大，往往导致系统成本较高且技术实现复杂。从而导致此类系统无法广泛地应用于各大球场，只有一些相当重要的比赛场地才会安装配套设施。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决在高速球体运动条件下不能很好地跟踪其运动轨迹的问题，提出了一种基于三角定位算法的球体运动轨迹实时监测系统及方法。
[0004]本专利技术的技术方案是：一种基于三角定位算法的球体运动轨迹实时监测系统包括信号发送装置、信号接收装置和数据分析处理模块；
[0005]信号发送装置安装于球体内部，并用于发射信号；
[0006]信号接收装置安装于球场内，用于接收信号，并将其发送至数据分析模块；
[0007]数据分析模块用于对接收的信号进行数据处理，确定球体的运动轨迹。
[0008]本专利技术的有益效果是：本专利技术的监测系统能够持续监测球体的运动轨迹，为球类运动中的判决以及平时的训练提供了极大的公平与便利性。其定位误差很小，同时由于本系统的计算量小，设备简单，可以极大地服务于广大球类运动爱好者。
[0009]基于以上系统，本专利技术还提出一种基于三角定位算法的球体运动轨迹实时监测方法，包括以下步骤：
[0010]S1：利用球体内置的信号发送装置发送信号至若干个信号接收装置，并利用若干个信号接收装置将各个信号发送至数据分析模块；
[0011]S2：利用数据分析模块对各个信号进行处理，得到球体的实时位置；
[0012]S3：将球体的实时位置存储至数据分析模块，得到球体的运动轨迹。
[0013]进一步地，步骤S2包括以下子步骤：
[0014]S21：根据数据分析处理模块接收到的各个信号强度，计算球体与各个信号接收装置之间的距离；
[0015]S22：根据发送信号和接收信号之间的相位角度差以及发送信号的波长，计算球体与各个信号接收装置之间的距离最大值和距离最小值；
[0016]S23：根据球体与各个信号接收装置之间的距离最大值和距离最小值，利用三角定位算法确定C
n2
个点位，其中，n表示信号接收装置个数；
[0017]S24：根据C
n2
个点位，确定球体的实时位置。
[0018]进一步地，步骤S21中，球体与信号接收装置之间的距离d的计算公式为：
[0019]d＝10
(|RSSI
‑
A|)/(10*r)
[0020]其中，RSSI表示信号强度，A表示信号发送装置和信号接收装置相隔1米时的信号强度，r表示环境衰减因子；
[0021]步骤S22中，球体与信号接收装置之间的距离最大值d
max
的计算公式为：
[0022]d
max
＝d*(1+w)
[0023]其中，w表示误差范围；
[0024]步骤S22中，球体与信号接收装置之间的距离最小值d
min
的计算公式为：
[0025]d
min
＝d/(1+w)。
[0026]进一步地，步骤S23包括以下子步骤：
[0027]S231：以任意两个信号接收装置分别为圆心，其与球体之间的距离为半径，确定两个圆形，若两个圆形相交，则进入步骤S232，否则进入步骤S233；
[0028]S232：调整球体与信号接收装置之间的距离的误差范围，直至两个圆形相交，并进入步骤S233；
[0029]S233：分别计算相交圆形的两个交点与其余信号接收装置之间的距离差，并判断其距离差是否位于距离最大值和距离最小值之间，若是则进入步骤S234，否则剔除该交点；
[0030]S234：重复步骤S231
‑
S233，得到C
n2
个点位，其中，n表示信号接收装置个数。
[0031]进一步地，步骤S24中，球体的实时位置(x,y)的计算公式为：
[0032][0033][0034]其中，x表示球体实时位置的横坐标，y表示球体实时位置的纵坐标，n表示信号接收装置个数，x
i
表示点位的横坐标值，y
i
表示点位的纵坐标值，k
i
表示各个点位的权重，x
动
和y
动
分别表示根据先前的运动轨迹推测出的此时刻球体位置的横、纵坐标，k
动
表示根据运动轨迹推导出的点位的权重。
[0035]本专利技术的有益效果是：
[0036](1)本专利技术通过多天线共同测算以及三角定位算法，克服了现有技术中运算量过大进而导致实时同步困难的不足，使得本专利技术具有了实时位置同步精确、运算量低和技术实现简单的优点。
[0037](2)本专利技术通过动态调整误差范围的大小以及各个可能位置的权重，克服了现有技术中位置检测精度不够的缺点，使得本专利技术具有了在计算量很小的同时还保有高精准度的优点。
附图说明
[0038]图1为球体运动轨迹实时监测方法的流程图；
[0039]图2为以标准羽毛球单打场地为例，本专利技术的各动态位置权重结果示意图；
[0040]图3为以标准羽毛球单打场地为例，本专利技术的最终球体位置结果示意图。
具体实施方式
[0041]下面结合附图对本专利技术的实施例作进一步的说明。
[0042]如图1所示，本专利技术提供了一种基于三角定位算法的球体运动轨迹实时监测系统，包括信号发送装置、信号接收装置和数据分析处理模块；
[0043]信号发送装置安装于球体内部；并且信号装置牢固可靠，能够持续发送特定信号；
[0044]信号接收装置安装于球场内，用于接收信号，并将其发送至数据分析模块；并且每个信号接收装置均独立工作；
[0045]数据分析模块用于对接收的信号进行数据处理，确定球体的运动轨迹；数据分析模块中预置有特定的三角定位算法程序，当数据分析模块接收到来自球体的信息后则自动运行程序对数据进行处理和分析，并将结果进行存储和回传转发，将可靠的球体运动轨迹实时地计算并显示出来。
[0046]基于以上系统，本专利技术还提出一种基于三角定位算法的球体运动轨迹实时监测方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0047]S1：利用球体内置的信号发送装置发送信号至若干个信号接收装置，并利用若干个信号接收装置将各个信号发送至数据分析模块；
[0048]S2：利用数据分析模块对各个信号进行处理，得到球体的实时位置；
[0049]S3：将球体的实时位置存储至数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三角定位算法的球体运动轨迹实时监测系统，其特征在于，包括信号发送装置、信号接收装置和数据分析模块；所述信号发送装置安装于球体内部，并用于发射信号；所述信号接收装置安装于球场内，用于接收信号，并将其发送至数据分析模块；所述数据分析模块用于对接收的信号进行数据处理，确定球体的运动轨迹。2.一种基于三角定位算法的球体运动轨迹实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：利用球体内置的信号发送装置发送信号至若干个信号接收装置，并利用若干个信号接收装置将各个信号发送至数据分析模块；S2：利用数据分析模块对各个信号进行处理，得到球体的实时位置；S3：将球体的实时位置存储至数据分析模块，得到球体的运动轨迹。3.根据权利要求2所述的基于三角定位算法的球体运动轨迹实时监测方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：S21：根据数据分析处理模块接收到的各个信号强度，计算球体与各个信号接收装置之间的距离；S22：根据发送信号和接收信号之间的相位角度差以及发送信号的波长，计算球体与各个信号接收装置之间的距离最大值和距离最小值；S23：根据球体与各个信号接收装置之间的距离最大值和距离最小值，利用三角定位算法确定个点位，其中，n表示信号接收装置个数；S24：根据个点位，确定球体的实时位置。4.根据权利要求3所述的基于三角定位算法的球体运动轨迹实时监测方法，其特征在于，所述步骤S21中，球体与信号接收装置之间的距离d的计算公式为：d＝10
(|RSSI
‑
A|)/(10*r)
其中，RSSI表示信号强度，A表示信号发送装置和信号接收装置相隔1米时的信号强度，r表示环境衰减因子；所述步骤S22中，球体与信号接收装置之间的距离最大值d
max
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘龙伟，孙源，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：