專利名稱：確定運(yùn)動的球的自旋參數(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確定飛行中的運(yùn)動球的自旋參數(shù)，尤其涉及確定運(yùn)動球的自旋軸和/或旋轉(zhuǎn)速度。

背景技術(shù)：
這些參數(shù)對于利用和開發(fā)運(yùn)動球以及諸如高爾夫球棍、鐵頭球棍、球拍、球棒或者用于發(fā)出運(yùn)動球的類似物的其它運(yùn)動裝備都非常重要。
對于高爾夫球，通常已經(jīng)通過為高爾夫球添加雷達(dá)反射材料條的帶或圖案來進(jìn)行這種確定。然而，這種確定僅僅是用于測試的目的，因?yàn)檫@種類型的測試球是高度標(biāo)準(zhǔn)化了的?？梢栽赨S-A-6,244,971和US 2002/0107078中找到這種類型的技術(shù)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在不改變運(yùn)動球的情況下執(zhí)行這些確定。
在第一方面，本發(fā)明涉及一種用于估計(jì)當(dāng)運(yùn)動球飛行時的自旋軸的方法，該方法包括 1、確定飛行中的運(yùn)動球的3D-軌跡的至少一部分； 2、根據(jù)該軌跡估計(jì)運(yùn)動球沿著該軌跡在預(yù)定位置處的加速度，優(yōu)選為總加速度； 3、估計(jì)運(yùn)動球在預(yù)定位置由重力產(chǎn)生的加速度； 4、估計(jì)運(yùn)動球在預(yù)定位置由空氣阻擋/阻力產(chǎn)生的加速度，以及； 5、基于所估計(jì)的加速度估計(jì)預(yù)定位置處的自旋軸。
一般而言，對于飛行中的旋轉(zhuǎn)的對稱運(yùn)動球，可以認(rèn)為只有三個力起作用重力、空氣阻擋或阻力以及由其的任何自旋產(chǎn)生的所謂的球的升力。因此，估計(jì)單個加速度將產(chǎn)生有助于確定由球的旋轉(zhuǎn)引起的其的升力或方向的信息。因此，源自位于其中加速度是由重力和阻力引起的單個、垂直面的軌跡的偏差可能是由自旋引起的。然而，升力和自旋同樣在這個垂直面內(nèi)起作用。
應(yīng)當(dāng)注意的是，由于僅僅要確定其的總加速度，所以僅僅需要圍繞預(yù)定位置的小區(qū)域的知識。這可以例如根據(jù)沿軌跡的兩個點(diǎn)來確定，其中位置和速度是已知的。
優(yōu)選地，自旋軸的確定是在沿著球的軌跡的多個位置上執(zhí)行的。由此，優(yōu)選在時間上的多個點(diǎn)的每一個執(zhí)行至少步驟2-4。然后，可以基于在時間上的多個點(diǎn)確定的加速度(諸如根據(jù)其的平均)或者可能為時間上的每個點(diǎn)確定的加速度執(zhí)行步驟5一次以便確定自旋軸隨時間的變化。
同樣，顯然可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞綄?dǎo)出軌跡信息，比如使用RADAR、3D成像設(shè)備等。自然地，軌跡可以被表示為時間上的一個或多個點(diǎn)處的球的坐標(biāo)?？梢酝ㄟ^任何方式選擇坐標(biāo)系統(tǒng)。
優(yōu)選地，步驟5包含從步驟2中估計(jì)加速度減去步驟3和4中估計(jì)的加速度，確定剩余加速度，并基于剩余加速度的方向估計(jì)自旋軸。由此，可以利用簡單的向量計(jì)算確定自旋軸。
在這種情形下，球的自旋軸將與剩余加速度的方向垂直，因?yàn)榍虻淖孕龑D(zhuǎn)動球的方向起作用。
同樣，步驟4可以包括根據(jù)軌跡估計(jì)預(yù)定位置處的球的速度，以及基于估計(jì)的速度或者甚至軌跡上兩個點(diǎn)之間的速度中的偏差來估計(jì)加速度。
本發(fā)明的另一方面涉及一種用于估計(jì)當(dāng)運(yùn)動球飛行時的自旋軸的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 1、用于確定飛行中的運(yùn)動球的3D軌跡的至少一部分的裝置； 2、用于根據(jù)該軌跡估計(jì)運(yùn)動球沿著該軌跡的預(yù)定位置處的加速度，優(yōu)選為總加速度的裝置； 3、用于估計(jì)運(yùn)動球在預(yù)定位置由重力產(chǎn)生的加速度的裝置； 4、用于估計(jì)運(yùn)動球在預(yù)定位置處由空氣阻擋/阻力產(chǎn)生的加速度的裝置，以及 5、用于基于所估計(jì)的加速度估計(jì)該預(yù)定位置處的自旋軸的裝置。
再次，裝置2-4可能適合于在多個預(yù)定位置的每一個執(zhí)行估計(jì)，而裝置5優(yōu)選適用于從步驟2中估計(jì)的加速度減去步驟3和4中估計(jì)的加速度，確定剩余加速度，并基于剩余加速度的方向估計(jì)自旋軸，以便例如促進(jìn)容易地確定該軸。當(dāng)已經(jīng)在多個位置估計(jì)了加速度時，可以針對所有的這些位置或者針對每個位置確定(裝置5)自旋軸。
同樣，裝置4可能適合于根據(jù)軌跡估計(jì)預(yù)定位置處的球的速度并且基于所估計(jì)的速度估計(jì)加速度。
本發(fā)明的第三方面涉及一種估計(jì)飛行中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動球的旋轉(zhuǎn)速度或自旋頻率的方法，該方法包括 1、在飛行期間時間上的多個點(diǎn)，接收從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動球反射的電磁波并提供相應(yīng)的信號； 2、執(zhí)行信號的頻率分析，并識別至少在頻率上基本上等距定位并且在時間上連續(xù)的一個、兩個或多個離散的頻譜跡線，以及 3、根據(jù)離散頻譜跡線之間的頻率距離估計(jì)速度/頻率。
在本上下文中，可以使用任何類型的電磁波，諸如可見光輻射、紅外線輻射、超聲波、無線電波等等。
另外，可以使用時間上的任何數(shù)量的點(diǎn)。只要可能進(jìn)行有意義的檢測或者可以在信號內(nèi)確定頻譜跡線，可能優(yōu)選接收輻射。通常，在時間上的等距點(diǎn)上執(zhí)行接收和隨后的信號分析。
為了確保頻譜跡線之間的距離被準(zhǔn)確地確定，優(yōu)選識別2個以上的等距頻譜跡線。
自然地，可以在信號的頻譜中產(chǎn)生頻率分析。然而，這是不需要的，因?yàn)閮H僅需要等距離的頻譜跡線。
在本上下文中，頻譜跡線是一系列頻率，其在時間上至少基本上是連續(xù)的，但是其可能隨著時間變化。在本上下文中，跡線通常為緩慢衰減函數(shù)，但是任何形狀原則上都是可接受和可確定的。
優(yōu)選地，步驟1包括利用接收機(jī)接收所反射的電磁波，而其中步驟2包括在頻率分析之后識別對應(yīng)于朝向或者遠(yuǎn)離接收機(jī)的方向的球的速度的第一頻率，并且其中頻譜跡線的識別包括識別圍繞第一頻率對稱定位的頻譜跡線。
通過這種方式，確定了另一個頻率，其可以幫助確保等距頻譜線被正確地確定。另外，還需要進(jìn)一步增加圍繞該頻率對稱以確保穩(wěn)定的確定。
在優(yōu)選實(shí)施例中，對于時間上的每個點(diǎn)以及時間上連續(xù)的點(diǎn)，步驟2包括 -針對時間上的點(diǎn)執(zhí)行頻率分析和等距候選頻率的識別； -隨后識別每個都具有與時間上一個或多個之前的點(diǎn)的候選頻率至多偏差預(yù)定數(shù)量的頻率的那些候選頻率； -然后識別所識別的候選頻率的跡線作為頻率跡線； 并且在此步驟3包括基于所識別的頻譜跡線估計(jì)速度/頻率。
這就具有可以順序地進(jìn)行確定的優(yōu)點(diǎn)，諸如與所反射的輻射的接收并行。同樣，執(zhí)行噪聲消除，因?yàn)樵谝粋€測量中可能類似的有效的等距頻譜線在其它的諸如毗鄰的一次或多次測量中沒有任何副本，由此其可以被刪除作為候選對象。
在本上下文中，候選對象中預(yù)定的或者不確定的數(shù)量應(yīng)當(dāng)可以是固定的數(shù)量、固定的百分比或者依賴于例如所確定的總信噪比的測量。
本發(fā)明的第四方面涉及一種用于估計(jì)飛行中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動球的旋轉(zhuǎn)速度或自旋頻率的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 1、適合于在飛行期間時間上的多個點(diǎn)，接收從旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動球反射的電磁波并提供相應(yīng)的信號的接收機(jī)； 2、用于執(zhí)行所述信號的頻率分析，并且識別在頻率上至少基本上等距定位、并且在時間上連續(xù)的一個、兩個或多個離散的頻譜跡線的裝置，以及 3、用于根據(jù)離散頻譜跡線之間的頻率距離估計(jì)速度/頻率的裝置。
自然的，涉及第三個方面的注解再一次是相關(guān)的。
因此，裝置2可能適合于在頻率分析之后，識別對應(yīng)于朝向或者遠(yuǎn)離接收機(jī)的方向的球的速度的第一頻率并且識別圍繞該第一頻率對稱定位的頻譜跡線作為頻譜跡線。
對于時間上的每個點(diǎn)以及時間上連續(xù)的點(diǎn)，確定速度/頻率的一種優(yōu)選方式為一個，其中裝置2適合于 -針對時間上的點(diǎn)執(zhí)行頻率分析和等距候選頻率的識別； -隨后識別具有與時間上一個或多個之前的點(diǎn)的候選頻率至多偏差預(yù)定數(shù)量的頻率的那些候選頻率； -然后識別所識別的候選頻率的跡線作為頻率跡線； 并且在此裝置3適合于基于所識別的頻譜線估計(jì)速度/頻率。
第五方面涉及一種估計(jì)當(dāng)運(yùn)動球飛行時的自旋，包括自旋軸和自旋頻率的方法，該方法包括如本發(fā)明的第一方面估計(jì)自旋軸以及根據(jù)第三方面估計(jì)自旋頻率。
本發(fā)明的第六和最后一個方面涉及一種用于估計(jì)運(yùn)動球飛行時的自旋，包括自旋軸和自旋頻率的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于確定自旋軸的根據(jù)本發(fā)明第二方面的系統(tǒng)，以及用于確定自旋頻率的根據(jù)第四方面的系統(tǒng)。



下面將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中 圖1是旋轉(zhuǎn)球和多普勒雷達(dá)的示意圖； 圖2示意了具有等距頻譜線的頻譜； 圖3示意了等距頻譜線的確定； 圖4示意了所測量的高爾夫球的3D軌跡； 圖5示意了隨時間過去的最終自旋頻率圖； 圖6示意了有關(guān)圖4的軌跡的自旋向量； 圖7是基于自旋頻率的檢測的流程圖； 圖8示意了自旋向量的方向的確定； 圖9是確定自旋向量的方向的流程圖；以及 圖10是當(dāng)可以假定自旋軸位于一個已知平面內(nèi)時確定自旋向量的方向的流程圖。
利用多普勒雷達(dá)測量運(yùn)動球的自旋頻率是多年以來已知的；參見US 6,244,971和US 2002/0107078 A1。然而，所有這些發(fā)明都是基于修正球的某些反射區(qū)域，典型地通過在球之內(nèi)或球的表面添加導(dǎo)電材料。本發(fā)明也使用多普勒雷達(dá)，但是不需要對球作任何修改以便提取自旋頻率。這方面大大地提高了本發(fā)明的商業(yè)價值。
在過去，已經(jīng)通過利用放置在接近發(fā)球區(qū)域的照相機(jī)來測量旋轉(zhuǎn)球的自旋軸的取向。這些系統(tǒng)僅僅提供了正在發(fā)射之后，在空間中一個點(diǎn)上的自旋軸的取向。本發(fā)明使用了3維軌跡測量裝置以測量飛行期間的自旋軸取向。
本發(fā)明使得能夠在球的整個飛行期間具備連續(xù)測量自旋頻率和自旋軸取向。
自旋頻率 考慮圖1中的多普勒雷達(dá)3。多普勒雷達(dá)包括發(fā)射機(jī)4和接收機(jī)5。頻率為Ftx的發(fā)射波6在球1上反射，來自球1反射的波7具有不同的頻率Frx。反射頻率和發(fā)射頻率之間的差稱為多普勒頻移Fdopp。Fdopp與球1上的反射點(diǎn)A相對于雷達(dá)3的相對速度Vrad的成比例。
Fdopp，A＝2/λ*Vrad　　　　　　　　　　　　　　[1] 在此λ為發(fā)射頻率的波長。
坐標(biāo)系統(tǒng)2被定義為在球的中心具有原點(diǎn)以及總是直接指向遠(yuǎn)離雷達(dá)的X軸，Z軸位于水平面內(nèi)。
Vrad是從相對于時間(Vrad＝dR/dt)的多普勒雷達(dá)3的范圍中的變化。利用圖1中的坐標(biāo)系統(tǒng)2，Vrad等于球1的速度的X分量。
來自球1的最強(qiáng)的反射將總是垂直于來自雷達(dá)的視線的A點(diǎn)。當(dāng)球1自旋時，具有最強(qiáng)反射的A點(diǎn)事實(shí)上隨時間過去將不同于球上的物理位置。
來自球上A點(diǎn)的反射的多普勒接收機(jī)5的輸出信號可被寫為 xA(t)＝a(t)*exp(-j*Fdopp，A*t) [2] 在此a(t)為所接收的信號的幅度。
現(xiàn)在考慮以球的角速度ω圍繞Z-軸的自旋球1的情形。來自半徑為r的球1上的固定點(diǎn)B的反射相對于雷達(dá)1將有多普勒頻移 Fdopp，B＝2/λ*(Vrad-r*ω*sin(ω*t)) [3] 來自球上B點(diǎn)的反射的接收機(jī)5的輸出信號可被寫為 xB(t)＝a(t)*d(t)*exp(-j*Fdopp，B*t)[4] 在此d(t)為從相對于球1上的A點(diǎn)的B點(diǎn)所接收的信號的相對幅度。
通過在公式[4]中減去公式[2]和[3]，可得出 xB(t)＝xA(t)*d(t)*exp(j*2/λ*r*ω*sin(ω*t)*t) [5] 可以看出，來自B點(diǎn)的輸出信號由來自A點(diǎn)由信號XmodB(t)調(diào)制的信號組成 xmodB(t)＝d(t)*exp(j*2/λ*r*ω*sin(ω*t)*t) [6] 調(diào)制信號的指數(shù)項(xiàng)，被認(rèn)為是調(diào)頻(FM)信號，具有ω/2π的調(diào)頻和2/λ＊r＊ω的頻差。
根據(jù)調(diào)制理論，眾所周知的是正弦曲線頻率調(diào)制的頻譜給出了在調(diào)制頻率ω/2π處具有離散頻率線和這個頻率的諧波，m階諧波的頻譜線的功率等于Jm(4π＊r/λ)，其中Jm()是m階的貝塞耳函數(shù)。
[6]中的調(diào)制信號的幅度信號d(t)還將具有隨時間變化的變量。d(t)將類似于[6]中的指數(shù)項(xiàng)，還將與周期T＝2π/ω成周期。從而源自d(t)的頻譜也具有相等地間隔ω/2π的離散頻譜線。d(t)的單個諧波的相對強(qiáng)度將取決于對于不同視界角的反射特性。
總之，由于來自自旋球上物理點(diǎn)B的反射與當(dāng)該點(diǎn)最為接近雷達(dá)(A點(diǎn))時的位置不同，所接收的信號將具有由球的速度引起的對稱圍繞多普勒頻移Fdopp，A的相等的間隔邊帶。該邊帶將具有多個諧波并將精確地間隔球的自旋頻率ω/2π。僅在完美的球形的球的情況下才不會有調(diào)制邊帶。
在普通的運(yùn)動球上，在球上將有個別區(qū)域不是完美的球形。每個這些點(diǎn)將引起間隔自旋頻率的離散邊帶。對于球上所有散布點(diǎn)的總頻譜將隨后被合計(jì)到結(jié)果接收的信號，那當(dāng)然還有間隔自旋頻率的離散邊帶。
在上文中，假定自旋軸在時間上是恒定的并且與Z-軸平行。如果自旋軸圍繞Y-軸旋轉(zhuǎn)α角，并且隨后將圍繞X-軸旋轉(zhuǎn)β角，就能很容易示出B點(diǎn)的速度的x-分量，等于 Vx，B＝cosα*r*ω*sin(ω*t)[7] 注意，Vx，B為圍繞X-軸的獨(dú)立旋轉(zhuǎn)β角。因?yàn)閂x，B還與周期T＝2π/ω成周期，除了自旋軸沿著X-軸的特殊情況(α＝90度)之外，來自具有旋轉(zhuǎn)的自旋軸的B點(diǎn)對應(yīng)的多普勒頻移將還具有精確地間隔球的自旋頻率ω/2π的離散邊帶。這就意味者與自旋頻率相比，只要自旋軸的取向緩慢地改變，則所接收的信號的頻譜將包含間隔球的自旋頻率ω/2π的離散頻率邊帶。
圖2示出了飛行中的高爾夫球的接收的信號頻譜。在圖2中，可以清楚的看見頻譜包含對應(yīng)于球的速度的強(qiáng)烈的頻率線，以及圍繞該速度與自旋頻率等間隔的對稱邊帶。
首先利用標(biāo)準(zhǔn)的追蹤方法追蹤(8)球的速度。接著檢測(9)圍繞球速的對稱頻率峰值。在圖3中，示出了相對于球速的對稱邊帶的頻率偏移。利用標(biāo)準(zhǔn)的追蹤方法(10)隨時間過去追蹤自旋邊帶的不同諧波。限定(11)不同的軌跡，要求不同的諧波軌跡在頻率上相等地間隔。不同的軌跡求出它們對應(yīng)的諧波次數(shù)(12)。此后，假如頻率是根據(jù)各自的諧波次數(shù)劃分的，可以根據(jù)任何的限定的諧波軌跡確定自旋頻率(13)。
圖5示出了隨時間的過去最終的自旋頻率圖，其包含所有諧波軌跡。
圖7描述了用于測量自旋頻率的逐步過程。
自旋軸取向 通過適當(dāng)?shù)难b置獲得球飛行的三維軌跡。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，參見圖4，用于測量自旋頻率的雷達(dá)同樣還被用于提供球飛行的三維軌跡。
假定運(yùn)動球是高度的球形旋轉(zhuǎn)對稱，它們將有三個或是僅有三個力作用在球上。參照圖8，加速度將為 .重力加速度，G .空氣阻擋/阻力加速度，D .以及升力加速度，L 因此作用在飛行球上的總加速度為 A＝G+D+L[8] 滿足旋轉(zhuǎn)對稱標(biāo)準(zhǔn)的球的實(shí)例為高爾夫球、網(wǎng)球、棒球、板球、足球等等。
阻力通常相對于空速向量Vair180度。升力加速度L是由球的自旋引起的并且通常在由ωxVair給出的方向(x意為向量叉積)，即相對于自旋向量ω 90度并且相對于空速向量Vair 90度。自旋向量ω描述了自旋軸的取向、視自旋單位向量ω為一體，并且自旋向量ω的幅度為通過圖7描述的算法找到的自旋頻率ω。
有關(guān)軌跡速度向量V的空速向量為 Valr＝V-W [9] 圖9描述了用于計(jì)算自旋向量ω的取向的過程。
根據(jù)測量的三維軌跡，通過微分法(14)計(jì)算軌跡速度V和加速度A。
利用有關(guān)風(fēng)速向量W的現(xiàn)有知識，利用公式[9]計(jì)算(15)空速速度。
根據(jù)有關(guān)緯度和高度的現(xiàn)有知識計(jì)算(16)重力加速度G。
由于阻力和升力加速度是相互垂直的，可以利用公式[10]來計(jì)算(17)阻力加速度D的幅度和取向。
D＝[(A-G)·Vair/|Valr|2]*Valr 在此，·意為向量點(diǎn)積。
此后，可以根據(jù)[11]容易地找到(18)升力加速度L的幅度和取向。
L＝A-G-D [11] 如之前所提及的，根據(jù)升力向量L與自旋向量ω垂直的定義，有 L·ωe＝0 [12] 由于陀螺效應(yīng)，對于旋轉(zhuǎn)對稱的物體通常假定隨時間的過去自旋單位向量ωe恒定不變。如果可以假定在時間間隔[t1；tn]上自旋單位向量ωe恒定不變，那么公式[12]構(gòu)成一組線性公式[13]。
Lx(t1)*ωex+Ly(t1)*ωey+Lz(t1)*ωez＝0 Lx(t2)*ωex+Ly(t2)*ωey+Lz(t2)*ωez＝0 [13] | | |＝1 Lx(tn)*ωex+Ly(tn)*ωey+Lz(tn)*ωez＝0 其中L(t)＝[Lx(t)，Ly(t)，Lz(t)]，并且ωe＝[ωex，ωex，ωez]。
根據(jù)多個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)方法可以由線性公式[13]求出[ωex，ωex，ωez]。因此可以確定時間間隔[t1，tn]內(nèi)自旋軸的三維方向。僅有的假設(shè)是相比升力向量的方向的變化自旋軸是準(zhǔn)恒定不變的。
通過結(jié)合由圖7中的算法得到的自旋頻率ω和根據(jù)公式[13]得到的自旋單位向量ωe，利用公式[14]可以得到自旋向量ω。
ω＝ω*ωe [14] 自旋軸的部分已知取向 在多個情況下事先已知的是自旋軸在時間上位于某個點(diǎn)的已知平面內(nèi)。假設(shè)這個平面具有正常單位向量的特征n。這意味著 n·ω＝0 [15] 這種情況的一個例子是在發(fā)出球之后的自旋軸方位。當(dāng)借助于碰撞球進(jìn)入運(yùn)動狀態(tài)，類似高爾夫球被高爾夫球棍擊打或者足球被腳踢出，自旋向量ω將在球發(fā)出之后立刻達(dá)到與最初的球速向量V相垂直的非常高的程度。[15]中的正常單位向量n在這種情況下將由等式[16]給定。
n＝V/|V| [16] 圖10中描述了在自旋向量位于具有正常單位向量n的特征的已知平面內(nèi)的地方用于計(jì)算時刻t0該點(diǎn)處的自旋向量ω的取向的過程。
首先遵循圖9中描述的完全同樣的步驟14-18得到時刻t0的上升加速度。
參見公式[17]，現(xiàn)在確定(21)將基礎(chǔ)坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的正常單位向量n的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為x-軸單位向量[1，0，0]的旋轉(zhuǎn)矩陣R。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)代數(shù)方法由n可以得出旋轉(zhuǎn)矩陣R。
[1，0，0]＝R*n [17] 來自公式[11]的上升加速度的坐標(biāo)現(xiàn)在通過由Lm向量表示的R旋轉(zhuǎn)(22)，參見公式[18] Lm＝[Lxm，Lym，Lzm]＝R*L [18] 對自旋單位向量ωe執(zhí)行類似的坐標(biāo)變換，參見公式[19] ωem＝[ωexm，ωeym，ωezm]＝R*ωe [19] 由于根據(jù)公式[15]已知ωexm等于0，于是將公式[13]簡化為公式[20] Lym*ωeym+Lzm*ωezm＝0[20] 通過利用ωem的長度等于1，根據(jù)公式[21]或者公式[22]可以得到(23)自旋單位向量ωe。
ωe＝R-1*
/|
|，Lym≠0 [21] ωe＝R-1*
/|
|，Lzm≠0 [22] 通過結(jié)合由圖7中描述的算法得到的自旋頻率ω和由公式[21]-[22]得到的自旋單位向量ωe，可以利用公式[14]得到(20)自旋向量ω。
權(quán)利要求
1、一種估計(jì)飛行中的運(yùn)動球的自旋軸的方法，所述方法包括:
(1)確定所述飛行中的運(yùn)動球的3D軌跡的至少一部分；
(2)根據(jù)所述軌跡估計(jì)運(yùn)動球沿著所述軌跡在預(yù)定位置處的加速度；
(3)估計(jì)運(yùn)動球在所述預(yù)定位置由重力產(chǎn)生的加速度；
(4)估計(jì)運(yùn)動球在所述預(yù)定位置由空氣阻擋/阻力產(chǎn)生的加速度，以及
(5)基于所述估計(jì)的加速度，估計(jì)所述預(yù)定位置處的自旋軸。
2、根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在時間上的多個點(diǎn)的每個點(diǎn)執(zhí)行步驟(2)-(4)。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中步驟(5)包括從步驟(2)中估計(jì)的加速度減去在步驟(3)和(4)中估計(jì)的加速度，確定剩余加速度，并基于所述剩余加速度的方向估計(jì)自旋軸。
4、根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中步驟(4)包括根據(jù)所述軌跡估計(jì)所述預(yù)定位置處的球的速度，以及基于所述估計(jì)的速度估計(jì)所述加速度。
5、一種用于估計(jì)飛行中的運(yùn)動球的自旋軸的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
(1)用于確定所述飛行中的運(yùn)動球的3D軌跡的至少一部分的裝置；
(2)用于根據(jù)所述軌跡估計(jì)運(yùn)動球沿著所述軌跡在預(yù)定位置處的加速度的裝置；
(3)用于估計(jì)運(yùn)動球在所述預(yù)定位置由重力產(chǎn)生的加速度的裝置；
(4)用于估計(jì)運(yùn)動球在所述預(yù)定位置由空氣阻擋/阻力產(chǎn)生的加速度的裝置，以及
(5)用于基于所述估計(jì)的加速度，估計(jì)所述預(yù)定位置處的自旋軸的裝置。
6、根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中所述裝置(2)-(4)適用于在多個預(yù)定位置的每一個位置估計(jì)所述加速度。
7、根據(jù)權(quán)利要求5和6的系統(tǒng)，其中所述裝置(5)適合于從步驟(2)中估計(jì)的加速度減去在步驟(3)和(4)中估計(jì)的加速度，確定剩余加速度，并基于所述剩余加速度的方向估計(jì)自旋軸。
8、根據(jù)權(quán)利要求5-7中任何一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述裝置(4)適合于根據(jù)所述軌跡估計(jì)所述預(yù)定位置處的球的速度，以及基于所述估計(jì)的速度估計(jì)所述加速度。
9.一種估計(jì)飛行中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動球的旋轉(zhuǎn)速度或自旋頻率的方法，所述方法包括:
(1)在飛行期間時間上的多個點(diǎn)，接收從所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動球反射的電磁波并提供相應(yīng)的信號；
(2)執(zhí)行信號的頻率分析，并識別至少在頻率上基本上等距定位、并且在時間上連續(xù)的一個、兩個或多個離散的頻譜跡線，以及
(3)根據(jù)所述離散頻譜跡線之間的頻率距離，估計(jì)速度/頻率。
10、根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中步驟(1)包括利用接收機(jī)接收所述反射的電磁波，而其中步驟(2)包括在所述頻率分析之后，識別對應(yīng)于朝向或者遠(yuǎn)離接收機(jī)的方向的球的速度的第一頻率，并且其中所述頻譜跡線的識別包括識別圍繞所述第一頻率對稱定位的頻譜跡線。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其中對于時間上的每個點(diǎn)以及時間上連續(xù)的點(diǎn)，步驟(2)包括:
-針對時間上的點(diǎn)執(zhí)行頻率分析和等距候選頻率的識別；
-隨后識別每個都具有與時間上一個或多個之前的點(diǎn)的候選頻率至多偏差預(yù)定數(shù)量的頻率的那些候選頻率；
-然后將所識別的候選頻率的跡線識別為頻率跡線；
并且在此步驟(3)包括基于所述識別的頻譜跡線，估計(jì)速度/頻率。
12、一種用于估計(jì)飛行中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動球的旋轉(zhuǎn)速度或自旋頻率的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
(1)適合于在飛行期間時間上的多個點(diǎn)，接收從所述旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動球反射的電磁波并提供相應(yīng)的信號的接收機(jī)；
(2)用于執(zhí)行所述信號的頻率分析，并且識別在頻率上至少基本上等距定位、并且在時間上連續(xù)的一個、兩個或多個離散的頻譜跡線的裝置，以及
(3)用于根據(jù)離散頻譜跡線之間的頻率距離，估計(jì)速度/頻率的裝置。
13、根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述裝置(2)適合于在所述頻率分析之后識別對應(yīng)于朝向或者遠(yuǎn)離所述接收機(jī)的方向的球的速度的第一頻率，并且將圍繞所述第一頻率對稱定位的頻譜跡線識別為頻譜跡線。
14、根據(jù)權(quán)利要求12或13的系統(tǒng)，其中對于時間上的每個點(diǎn)以及時間上連續(xù)的點(diǎn)，所述裝置(2)適合于:
-針對時間上的點(diǎn)執(zhí)行頻率分析和等距候選頻率的識別；
-隨后識別具有與時間上一個或多個之前的點(diǎn)的候選頻率至多偏差預(yù)定數(shù)量的頻率的那些候選頻率；
-然后將所識別的候選頻率的跡線識別為頻率跡線；
并且在此所述裝置(3)適合于基于所述識別的頻譜線估計(jì)速度/頻率。
15、一種估計(jì)當(dāng)運(yùn)動球飛行時的自旋的方法，所述自旋包括自旋軸和自旋頻率，所述方法包括根據(jù)權(quán)利要求1的估計(jì)自旋軸以及根據(jù)權(quán)利要求9的估計(jì)自旋頻率。
16、一種用于估計(jì)運(yùn)動球飛行時的自旋的系統(tǒng)，所述自旋包括自旋軸和自旋頻率，所述系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)以及根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)。
全文摘要
一種確定運(yùn)動球的自旋參數(shù)的方法，比如高爾夫球的自旋軸和旋轉(zhuǎn)速度。自旋軸是根據(jù)飛行球的軌跡單獨(dú)確定的，而旋轉(zhuǎn)速度是根據(jù)雷達(dá)提供的信號的頻率分析確定的，該信號包括頻率上等距離定位的頻譜跡線，該頻率距離與自旋速度相關(guān)。
文檔編號A63B69/36GK101384308SQ200680006869
公開日2009年3月11日 申請日期2006年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月3日
發(fā)明者弗雷德里克·圖克斯恩 申請人:互動體育競賽有限公司