本发明专利技术公开了一种运动球体旋转速度的测量方法与装置。本发明专利技术提供的方法利用反射波的最大微多普勒频移构造方程或方程组，计算球体旋转速度；利用反射波的到达时刻、多普勒频移，还可以计算球体运动中的位置、移动速度，获取包括球体的过网高度、落点在内的有关运动位置、速度的数据。本发明专利技术装置包括发射器、一个或多个接收器、输出设备和中心处理器。本发明专利技术的测量设备简单，不会影响球体的正常运动；算法复杂度低，便于快速实现。采用本发明专利技术提供的装置进行测量，测量结果精确，并且功能全面。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及测量领域，尤其是ー种测量旋转球体运动速度的方法。
技术介绍
很多球类运动如乒乓球、足球、网球，球体的旋转速度以及其他运动数据如移动速度、飞行高度、落点都是非常重要的运动特征，也是运动员训练中必须要准确测量的数据。因此如何监测这些数据，就成了很重要的问题。同时观众在现场欣赏这些运动项目，特别是乒乓球这类体积小速度快的项目吋，很难将旋转看清楚。因此，有监测旋转并将计算结果显示出来的装置，就可以方便观众欣赏。 现有的測量旋转速度的方法主要有(a)利用传感器进行测量将传感器如加速度传感器、磁场传感器和微波发射装置放置在待测物体上，随物体一起运动。微波发射装置将传感器的数据发送至处理器中，处理器利用传感器采集到的信息计算出旋转速度等运动信息，并用显示装置显示出来。(b)利用球体表面特征点的位置变化进行測量采用高速摄像机或照相机记录球体的运动，分析相邻时间点中特征点的变化，从而得到球体的移动速度以及旋转速度；也有方法利用光电传感器对球体表面的某些点进行标记，再分析标记点的变化进行计算。现有的測量方法，它们存在的缺点是(a)上述第一种方法，装置比较复杂，必须要采用特制的球体才可以进行测量，不方便实现。(b)上述第二种方法，需要进行模式识别，计算流程复杂，并且计算不够精确，若球体在两个观察时刻期间转动角度超过2π,则会造成计算错误。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种新的测量运动球体旋转方向的方法。运动物体本身或其中某些部件在运动物体运动主方向之外还存在额外的机械运动如振动、旋转，会产生回波多普勒效应的旁瓣，即微多普勒效应。本专利技术根据这ー原理进行测量。如图I所示，在运动球体模块5附近放置測量装置模块1，发射某固定频率的微波或超声波或光波，利用经球体反射的回波的微多普勒效应，測量运动球体的旋转速度。在不同的位置放置多个接收器模块2、3、4，不仅可以增加測量精度，还能够输出多个测量数据。本专利技术方法流程简单，计算复杂度低，计算精度高，处理延时较小，易于快速实现，并且可以通过一次测量还可以获得速度有关位置、速度的其他数据。本专利技术的另ー个目的是提供ー种测量运动球体旋转速度的装置，利用上述方法对球体的旋转进行測量。本专利技术采用的技术方案是这样的一种测量球体旋转的方法，包括向待测球体发出发射波的步骤；接收发射波被球体反射后形成的回波的步骤；计算回波频谱及回波的最大微多普勒频移的步骤；根据回波的最大微多普勒频移计算待测球体最大旋转线速度的步骤。本专利技术提出 的另ー种測量球体旋转的方法，包括向待测球体发出发射波的步骤；在空间中不同接收点接收发射波被球体反射后形成的回波的步骤；计算球体空间位置的步骤；计算每个接收点接收到的回波频谱及回波的最大微多普勒频移的步骤；根据各自回波的最大微多普勒频移计算每个接收点的待测球体最大旋转线速度分速度的步骤；根据各接收点计算得到的待测球体最大旋转线速度分速度合成待测球体的最大旋转线速度及待测球体旋转方向的步骤。优选地，还包括各个接收点根据回波信号的中心频率获取球体平动速度分速度的步骤；根据平动速度分速度合成球体平动速度的步骤。优选地，所述接收点数量为3，发出发射波的点数量为I ;第一接收点与发出发射波的点处于同一空间位置坐标OCO,0,0),第二接收点坐标为AO, O,O〕，第三接收点坐标为B(OAO)；所述计算球体空间位置(KXe., YarZ0)的步骤包括步骤al检测3个接收点接收到的回波的到达时刻，分别记为t” t2 ；步骤a2计算3个接收点收到回波时刻与发射波发射时刻的时间差；权利要求1.一种测量球体旋转的方法，其特征在于，包括 向待测球体发出发射波的步骤； 接收发射波被球体反射后形成的回波的步骤； 计算回波频谱及回波的最大微多普勒频移的步骤； 根据回波的最大微多普勒频移计算待测球体最大旋转线速度的步骤。2.一种测量球体旋转的方法，其特征在于，包括 向待测球体发出发射波的步骤； 在空间中不同接收点接收发射波被球体反射后形成的回波的步骤； 计算球体空间位置的步骤； 计算每个接收点接收到的回波频谱及回波的最大微多普勒频移的步骤； 根据各自回波的最大微多普勒频移计算每个接收点的待测球体最大旋转线速度分速度的步骤； 根据各接收点计算得到的待测球体最大旋转线速度分速度合成待测球体的最大旋转线速度及待测球体旋转方向的步骤。3.根据权利要求2所述的一种测量球体旋转的方法，其特征在于，还包括 各个接收点根据回波信号的中心频率获取球体平动速度分速度的步骤； 根据平动速度分速度合成球体平动速度的步骤。4.根据权利要求3所述的一种测量球体旋转的方法，其特征在于，所述接收点数量为3,发出发射波的点数量为I ;第一接收点与发出发射波的点处于同一空间位置坐标O(OAO),第二接收点坐标为A(a, 0,0),第三接收点坐标为Β(0Α O)； 所述计算球体空间位置QGA, Ye, W的步骤包括 步骤al检测3个接收点接收到的回波的到达时刻，分别记为tl, t2 ； 步骤a2计算3个接收点收到回波时刻与发射波发射时刻的时间差； 已知发射波发射的时刻为tT ,则时间差分别为5.根据权利要求4所述的一种测量球体旋转的方法，其特征在于， 计算球体平动速度的步骤包括 提取所述3个接收点回波信号的最大频率及最小频率，分别记为/__、Z0otim ,Zjmsx、Zlmin, Zlmax、/·2 η& ,由3个接收点可以得到方程组6.根据权利要求5所述的一种测量球体旋转的方法，其特征在于， 计算球体旋转速度的步骤包括 步骤bl计算三个接收点回波信号的频谱，得到个接收点回波频谱的最大频率和最小频率，分别记为/em 、■ iin flmax ^ flmin5 fzmax ^ fzmin ， 步骤b2利用方程组 ^ 2/"tfomax ~ ^~^ vQ ~ --- c 02 IIn0-S1II/, __ flmax -flmin Λ - # *—-c211 "' flmax - flmin-P =- ^ c2 计算出Vcs、％、巧，其中尤为发射波频率，c为发射波在空气中的传播速度-,IWV2 ,分别是3个接收点可接收到反射波的球面边界上的最大旋转线速度在HpitJ — H1 >·% —n2 上的投影； 步骤b3设球体的旋转轴与XOY平面的夹角为§，在XOY平面的投影与X轴的夹角为，求解方程组 (χ — Xq) cos Θ cos φ — {y — F0) cos Θ sin φ·+ (z — sin 0 = 0sin 0Q cos a0 (x — jfQ) + sin β0 sin aQ (y — F0) -f cos 0Q (z — Zq) = 0(I — Z0)- + Cj - F0)2 + (s - Z0)2 = I2 取I > Xq的解，为球体上旋转线速度最大的点P13的坐标，记为(I0,Je,Μ ;取使得^PiQA < "的解，为球体上旋转线速度最大的Ad的坐标，；取使^ -Pi(W11)- 的解，为球体上旋转线速度最大的点92的坐标，记为0 , )； 步骤b4确定球体旋转速度以及旋转轴首先，计算球体上旋转线速度最大的点P本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量球体旋转的方法，其特征在于，包括：向待测球体发出发射波的步骤；接收发射波被球体反射后形成的回波的步骤；计算回波频谱及回波的最大微多普勒频移的步骤；根据回波的最大微多普勒频移计算待测球体最大旋转线速度的步骤。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：沈莹，全欣，唐友喜，
申请(专利权)人：成都定为电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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