【技术实现步骤摘要】
一种飞行球体轨迹预测方法及装置
[0001]本专利技术属于高速运动物体轨迹预测领域，具体涉及一种飞行球体轨迹预测方法及装置。
技术介绍
[0002]对于高速物体轨迹预测，通常需要在非常短的时间内对该物体进行位置估计、长期预测等处理，以抛球初速度10m/s的乒乓球为例，球在空中的有效飞行时间只有1.2到1.4秒左右，再考虑到整个系统的数据处理和传输延迟，留给预测系统的时间将很短，这就对运动分析和轨迹预测的方法提出了非常高的要求。目前基于深度学习的轨迹预测效果较好，但无法获取球体高阶信息量；基于模型的轨迹预测，根据所需环境不同程度地对飞行球体动力学模型进行定向简化，环境适应性较为单一。
技术实现思路
[0003]为解决现有技术的不足，实现提高高速物体轨迹预测精度和环境适应性的目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0004]一种飞行球体轨迹预测方法，包括如下步骤：
[0005]步骤S1：当前球体位置估计，基于飞行球体位置信息和风阻，构建飞行球体动力学模型；根据飞行球体位置信息，获取飞行球体初速度；...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种飞行球体轨迹预测方法，其特征在于包括如下步骤：步骤S1：当前球体位置估计，基于飞行球体位置信息和风阻，构建飞行球体动力学模型；根据飞行球体位置信息，获取飞行球体初速度；基于风阻系数，线性化所述动力学模型；根据风阻系数和基于所述初速度的球体初始状态，构建球体状态与时间的关系，得到球体位置、速度随时间的连续模型；基于所述连续模型中球体位置、速度，构建前后两个时刻球体的状态转移模型；基于所述状态转移模型，对前一时刻到当前时刻的状态转移结果，以及当前时刻的球体位置信息进行估计；更新风阻系数；步骤S2：飞行球体轨迹预测，构建球体机械能与风阻系数的微分等式关系，基于估计的所述球体位置信息，得到当前时刻的风阻系数，在线更新风阻系数，并对所述动力学模型进行离散积分，获取飞行球体预测轨迹。2.根据权利要求1所述的一种飞行球体轨迹预测方法，其特征在于：所述步骤S1包括如下步骤：步骤S11：获取飞行球体空间坐标信息；步骤S12：基于飞行球体空间坐标信息和风阻，构建飞行球体动力学模型；步骤S13：获取飞行球体初速度；基于初始前后两个时刻飞行球体位置坐标及时间间隔，计算初速度；步骤S14：线性化飞行球体动力学模型；增加风阻系数的变化自由度，对x,y,z三轴解耦处理，获得扩展风阻系数；步骤S15：构建球体状态与时间的函数关系，基于球体的初始状态，连续积分获得球体位置、速度随时间的连续函数模型；步骤S16：构建球体的状态转移模型，基于连续函数模型，获得前后两个时刻球体的状态转移方程；步骤S17：采用卡尔曼滤波对当前时刻球体位置与速度进行估计；步骤S18：在线优化步骤S14中增加风阻自由度和解耦的扩展风阻系数；所述步骤S2包括如下步骤：步骤S21：构建风阻系数与飞行球体的机械能的微分等式关系，步骤S22：在线迭代更新步骤S21的风阻系数；步骤S23：离散积分预测未来一段时间的球体轨迹，每一时刻更新风阻系数后，对飞行球体动力学模型，在均匀时域上进行等时间间隔离散积分，以预测未来一段时间内的离散轨迹。3.根据权利要求1所述的一种飞行球体轨迹预测方法，其特征在于：所述步骤S12的动力学模型为：式(a)中，仅考虑风阻对球体的影响，s＝[s
x s
y s
z
]
T
表示空间中球体位置，g表示重力加速度，K表示风阻系数，K＝2ρAC
D
/m，其中ρ为空气密度，A为球体横截面面接，C
D
为空气阻力系数，表示球体速度，表示球体加速度；所述步骤S14中线性化所述动力学模型为：
其中，K
x
,K
y
,K
z
表示对x,y,z三轴解耦处理，获得扩展风阻系数。4.根据权利要求1所述的一种飞行球体轨迹预测方法，其特征在于：所述步骤S15的球体状态与时间的函数关系为：体状态与时间的函数关系为：其中i＝x,y,z三轴，表示单轴上飞行球体的起始状态，g
i
＝(g
x
,g
y
,g
z
)＝(0,0,g)表示重力加速度在三轴上解耦，K表示风阻系数，s表示球体位置，表示速度，表示加速度。5.根据权利要求1所述的一种飞行球体轨迹预测方法，其特征在于：所述步骤S16中的状态转移模型为：其中s＝[s
x s
y s
...
【专利技术属性】
技术研发人员：王进，涂杰，张海运，陆国栋，
申请(专利权)人：余姚市机器人研究中心，
类型：发明
国别省市：
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