專(zhuān)利名稱(chēng)：定位運(yùn)動(dòng)設(shè)備的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于定位運(yùn)動(dòng)設(shè)備的系統(tǒng)。本發(fā)明也涉及使用這種系統(tǒng)定位運(yùn)動(dòng)設(shè)備的方法。
當(dāng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常難于在確定的時(shí)間點(diǎn)定位(準(zhǔn)確地)該運(yùn)動(dòng)所需的附件。然而運(yùn)動(dòng)設(shè)備的定位在特殊情況下是很需要的，例如追蹤運(yùn)動(dòng)進(jìn)行過(guò)程中失蹤的運(yùn)動(dòng)設(shè)備，或者能夠以更有效的方式應(yīng)用運(yùn)動(dòng)規(guī)則。在高爾夫場(chǎng)，例如在運(yùn)動(dòng)進(jìn)行時(shí)經(jīng)常發(fā)生高爾夫球失蹤現(xiàn)象。需要運(yùn)動(dòng)設(shè)備定位的另一個(gè)例子是足球。因?yàn)樗^的越位情況迄今為止都完全靠人的觀察來(lái)評(píng)估，其中足球運(yùn)動(dòng)員是否越位必須被迅速有效地確定，需要更完美的電子觀察來(lái)替代，或者附加上人的觀察。除了上述運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)設(shè)備之外，當(dāng)進(jìn)行其它運(yùn)動(dòng)時(shí)，例如象網(wǎng)球和冰球，用于定位運(yùn)動(dòng)設(shè)備的電子系統(tǒng)通常也希望增加。術(shù)語(yǔ)運(yùn)動(dòng)設(shè)備應(yīng)當(dāng)給予廣義的解釋這包括根據(jù)表面所見(jiàn)的從事特殊運(yùn)動(dòng)所需要的所有目標(biāo)，或甚至人。
為此目的，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)備的定位可在任何時(shí)間準(zhǔn)確測(cè)定。
所述發(fā)明為此提供了如導(dǎo)言中所述類(lèi)型的系統(tǒng)，包括產(chǎn)生能量場(chǎng)的裝置，其中能量場(chǎng)由一個(gè)或多個(gè)脈沖流形成；至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)設(shè)備，提供有至少一個(gè)擾亂裝置以局部擾亂能量場(chǎng)；用于探測(cè)能量場(chǎng)局部擾亂的探測(cè)裝置；以及耦合到探測(cè)裝置并根據(jù)所探測(cè)的局部擾亂定位所述運(yùn)動(dòng)設(shè)備的控制單元。
借助于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)有可能在任何任意時(shí)間點(diǎn)快速、有效、準(zhǔn)確地在能量場(chǎng)定位提供有擾亂裝置的運(yùn)動(dòng)設(shè)備。所述運(yùn)動(dòng)設(shè)備的位置能夠在此被二維和三維地確定，這取決于應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中能量場(chǎng)的產(chǎn)生借助于超寬帶(UWB)技術(shù)經(jīng)由脈沖流發(fā)生。UWB允許每單位時(shí)間內(nèi)相對(duì)大量的數(shù)據(jù)發(fā)射(每秒約50和1000兆位之間，但特別地達(dá)到每秒約600兆位)。當(dāng)相對(duì)小的能量振蕩時(shí)，脈沖本身不含有數(shù)據(jù)，但通過(guò)發(fā)射脈沖，部分脈沖或早或遲于基本模式(basic pattern)，然而確實(shí)可能以很高速度發(fā)射數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中通過(guò)脈沖流所形成的能量場(chǎng)被有意識(shí)地施加，因?yàn)槠渌?lèi)型的能量場(chǎng)，如WiFi網(wǎng)絡(luò)，有不同的缺陷。因而不再使用具有確定的稀少的以太頻率的電磁(正弦)波，而是使用經(jīng)由獨(dú)特最大寬帶(頻譜)以無(wú)阻礙和覺(jué)察不到的方式發(fā)射的電磁脈沖。由于相對(duì)寬的頻譜，單位頻率的能量相對(duì)較低，通常甚至遠(yuǎn)低于噪音閾值，籍此UWB信號(hào)將不擾亂其它類(lèi)型的電磁能量流動(dòng)，或者說(shuō)幾乎不擾亂。因此當(dāng)施加脈沖流時(shí)干擾將不會(huì)發(fā)生。另外，經(jīng)由脈沖的數(shù)據(jù)最大傳遞速度比經(jīng)由電磁輻射的數(shù)據(jù)傳遞速度大許多倍。脈沖流最好由緊密相互跟隨的超短脈沖組成，以便進(jìn)一步增加數(shù)據(jù)傳遞速度。產(chǎn)生能量場(chǎng)的裝置和探測(cè)裝置優(yōu)選地能夠相互結(jié)合。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，產(chǎn)生能量場(chǎng)的裝置適于發(fā)射多個(gè)脈沖流的脈沖束，其中脈沖束中的至少兩個(gè)脈沖流至少基本相互平行取向。通過(guò)把脈沖信號(hào)分成多個(gè)平行脈沖流，形成部分脈沖流的脈沖不必相互緊密跟隨以增加傳遞速度。其優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)裝置可采用不太敏感，因而通常較不昂貴的形式。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，每個(gè)脈沖束包含9個(gè)脈沖流，所述脈沖流至少基本相互平行取向。通常特別有利的是從相互平行取向的9個(gè)脈沖流中編排每個(gè)脈沖束，因?yàn)檫@相當(dāng)大地加強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。脈沖因而在充分的相互間隔內(nèi)傳輸，籍此誤差修正系統(tǒng)通常不再必要。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，擾亂裝置適于以獨(dú)特的方式擾亂能量場(chǎng)。在許多運(yùn)動(dòng)設(shè)備被放置在能量場(chǎng)的情形中，每件運(yùn)動(dòng)設(shè)備的定位能夠單獨(dú)發(fā)生，其中混淆的危險(xiǎn)可得以防止。因而每個(gè)高爾夫球例如能夠被提供有它自己的獨(dú)特的擾亂裝置。在另一個(gè)實(shí)施例中，甚至可以想象戶外運(yùn)動(dòng)的每個(gè)運(yùn)動(dòng)員，例如象足球，網(wǎng)球和冰球，都被提供有獨(dú)特的擾亂裝置，籍此任何任意時(shí)刻參與者的(相對(duì))位置都可確定。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括適于局部擾亂能量場(chǎng)的擾亂裝置。脈沖流的局部擾亂，最好是脈沖束，應(yīng)當(dāng)給予廣義的解釋。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，擾亂裝置適于反射脈沖流。因此出現(xiàn)只在表面的(prima facie)脈沖流的反射。脈沖流的傳播方向然后被改變(被擾亂)，這可用探測(cè)裝置探測(cè)到。脈沖流反射的探測(cè)也可被指定為與雷達(dá)相關(guān)的技術(shù)。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，擾亂裝置適于影響脈沖流。在脈沖流的影響中，脈沖相對(duì)于基本模式的相對(duì)取向明確改變(被擾亂)，這也可用探測(cè)裝置確定。
擾亂裝置最好用芯片形成。芯片一般較小并且通?？梢院?jiǎn)單方式插入或插在所述運(yùn)動(dòng)設(shè)備上。
所述芯片最好被提供有電能以便能夠影響能量場(chǎng)的脈沖圖。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，擾亂裝置由運(yùn)動(dòng)設(shè)備上的涂層形成。涂層一般采用相對(duì)簡(jiǎn)單且便宜的方式被施加到運(yùn)動(dòng)設(shè)備上。涂層通常特別適于反射脈沖流。除了芯片和涂層以外，擾亂裝置也可按不同方式來(lái)設(shè)計(jì)。擾亂裝置因此也能夠通過(guò)例如至少一種用于制備運(yùn)動(dòng)設(shè)備的材料部分來(lái)組成。
所述系統(tǒng)最好提供有能夠和控制單元通信的可視化裝置以顯示所探測(cè)的運(yùn)動(dòng)設(shè)備的位置。也可能希望，例如在高爾夫比賽過(guò)程中，顯現(xiàn)所探測(cè)的運(yùn)動(dòng)設(shè)備的位置?？梢暬b置在此可以被物理上連接到控制單元，但是一般安裝在離控制單元一段距離處?？刂茊卧涂梢暬b置之間的通信無(wú)線地發(fā)生，最好經(jīng)由電磁輻射，例如經(jīng)由WiFi網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于從控制單元到可視化裝置的數(shù)據(jù)傳輸，通常設(shè)置不太嚴(yán)格的技術(shù)要求。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，控制單元和可視化裝置之間的通信也無(wú)線地發(fā)生，但是經(jīng)由脈沖流。可視化裝置能夠，例如被形成或形成便攜式設(shè)備的一部分，所述便攜式設(shè)備最好是由用戶手持的。于此非限定的實(shí)例有PDA，XDA，WDA。
所述發(fā)明也涉及使用這種系統(tǒng)定位運(yùn)動(dòng)設(shè)備的方法，包括步驟A)產(chǎn)生能量場(chǎng)，其中能量場(chǎng)由一個(gè)或多個(gè)脈沖流形成，B)把至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)設(shè)備放置于能量場(chǎng)，所述運(yùn)動(dòng)設(shè)備提供有至少一種擾亂裝置以局部擾亂能量場(chǎng)，C)探測(cè)能量場(chǎng)的局部擾亂，以及D)根據(jù)所探測(cè)的局部擾亂定位運(yùn)動(dòng)設(shè)備。運(yùn)動(dòng)設(shè)備因而能夠以相對(duì)有效、精確和快捷的方式定位于能量場(chǎng)中。根據(jù)本發(fā)明的方法的其它優(yōu)點(diǎn)已在以上部分描述。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述方法提供有步驟E)，所述步驟E)包含如步驟D)所述根據(jù)所探測(cè)的局部擾亂定位運(yùn)動(dòng)設(shè)備后顯現(xiàn)運(yùn)動(dòng)設(shè)備的位置。通過(guò)運(yùn)動(dòng)設(shè)備的顯現(xiàn)，人能夠快速清晰地確定能量場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)設(shè)備的位置。高爾夫球的損失因而得以防止，或者至少被減少，其中高爾夫比賽的速度同樣地得到相當(dāng)大的增加。在足球中通常很重要的越位情況也能以相對(duì)迅速、簡(jiǎn)單、精確的方式得以確立。
所述發(fā)明根據(jù)示于下圖的非限定的示范性實(shí)施例給予說(shuō)明，其中

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)選的實(shí)施例的示意圖，圖2示出根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)高爾夫球的透視圖，以及圖3示出提供有根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的足球比賽的一部分的俯視示意圖。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)1的優(yōu)選的實(shí)施例的示意圖。系統(tǒng)1基本上配置在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)2的兩側(cè)。系統(tǒng)1包括多個(gè)適于在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)2上連續(xù)產(chǎn)生能量場(chǎng)4的發(fā)射器3。能量場(chǎng)4由多個(gè)脈沖束5形成，其中在所述實(shí)施例中每個(gè)脈沖流5由至少基本相互平行取向的三個(gè)脈沖流G組成。在遠(yuǎn)離發(fā)射器3的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)2的一側(cè)，安置了多個(gè)接收器7以接收由發(fā)射器3發(fā)射的脈沖束5?，F(xiàn)在位于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)2上的是兩件運(yùn)動(dòng)設(shè)備8、9，所述每件運(yùn)動(dòng)設(shè)備提供有獨(dú)特的擾亂裝置以局部地并采用獨(dú)特的方式擾亂脈沖束5。如圖1所示，被運(yùn)動(dòng)設(shè)備8、9擾亂后，脈沖束5以獨(dú)特的方式被擾亂。接收器7適于探測(cè)這些獨(dú)特的局部擾亂，基于在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)2上每件運(yùn)動(dòng)設(shè)備8、9的位置可使用耦合到接收器7的控制單元10來(lái)確定。由控制單元10確定的運(yùn)動(dòng)設(shè)備8、9的相對(duì)位置被發(fā)射，最好經(jīng)由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)11，到提供有顯示器13的便攜式設(shè)備。使用設(shè)備12用戶因而能看見(jiàn)有記號(hào)的運(yùn)動(dòng)設(shè)備8、9位于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)2的位置。在所述實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)2能夠如由高爾夫球場(chǎng)構(gòu)成，并且運(yùn)動(dòng)設(shè)備8、9能夠如由高爾夫球、高爾夫俱樂(lè)部、草地、旗子、掩體和孔洞構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明使用系統(tǒng)1運(yùn)動(dòng)設(shè)備可在任何所希望的時(shí)間點(diǎn)以簡(jiǎn)單方式定位，籍此運(yùn)動(dòng)設(shè)備的損失得以防止并且(高爾夫)運(yùn)動(dòng)員的比賽速度因而得以大大增加。不同運(yùn)動(dòng)設(shè)備之間的相對(duì)位置，例如象高爾夫球和旗子之間的距離，此外也能利用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)得以確定和顯現(xiàn)。在所示的實(shí)施例的一個(gè)變體中，接收器7被安置在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)2的多個(gè)邊上，并且可任選地能夠與發(fā)射器3集成。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)高爾夫球14、15、16的透視圖。在左側(cè)的兩個(gè)高爾夫球14、15的芯裝有微芯片17用于由脈沖流所形成的能量場(chǎng)的局部擾亂。微芯片17被提供有能量以便脈沖流的局部擾亂更有效地發(fā)生。在右側(cè)的高爾夫球16的外側(cè)提供有涂層18以反射入射到高爾夫球16的脈沖流。如上所述的，脈沖流的影響和發(fā)射可被探測(cè)，基于此，能量場(chǎng)內(nèi)高爾夫球14、15、16的位置可以被確定。
圖3示出提供有根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)20的足球比賽19的一部分的俯視示意圖。足球比賽19包括兩個(gè)隊(duì)23、24中的運(yùn)動(dòng)員22占據(jù)位置的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)21，加上巡邊員25和足球26。圍繞運(yùn)動(dòng)場(chǎng)21，有多個(gè)發(fā)射器/接收器單元27以分別發(fā)射接收到的脈沖流28，尤其是以脈沖束29的形式。每個(gè)運(yùn)動(dòng)員22，以及足球26，提供有擾亂裝置(未顯示)用于所產(chǎn)生的能量場(chǎng)的局部擾亂。每個(gè)隊(duì)23、24，以及足球26，以其自己不同的方式擾亂能量場(chǎng)。如上所述的，耦合到發(fā)射器/接收器單元27的控制單元30能夠在任何時(shí)間精確確定運(yùn)動(dòng)場(chǎng)21上足球26和每個(gè)運(yùn)動(dòng)員22的相對(duì)位置。這可能在如需作出越位決定、得分決定以及踢任意球時(shí)運(yùn)動(dòng)員的定位時(shí)尤為重要。經(jīng)由連續(xù)發(fā)射的脈沖流，籍此達(dá)到每秒600兆位的數(shù)據(jù)傳遞速度可被實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員22的相對(duì)位置可在足球26被踢的瞬間確定，因而可以得出斷定是否存在越位現(xiàn)象。在本例中，足球26被運(yùn)動(dòng)員[7]22踢到另一運(yùn)動(dòng)員[10]22(見(jiàn)線a)。由于巡邊員25沒(méi)有與另一隊(duì)24中最后的運(yùn)動(dòng)員22[2]站成一直線，而是以一角度觀察比賽情況，那么不正確的越位決定將經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生(見(jiàn)b線)。通過(guò)提供給巡邊員25可與控制單元30通信的PDA(個(gè)人數(shù)字助手)31，在足球26被踢的瞬間比賽情況可進(jìn)一步從一個(gè)或多個(gè)不同的透視圖迅速容易地觀察，隨后一個(gè)更具體的評(píng)估可包括比賽已經(jīng)發(fā)生的情況。因而將有可能防止，或至少減少，在足球比賽19的過(guò)程中作出不正確的決定。
權(quán)利要求
1.用于定位運(yùn)動(dòng)設(shè)備的系統(tǒng)，包括用于產(chǎn)生能量場(chǎng)的裝置，其中所述能量場(chǎng)由一個(gè)或多個(gè)脈沖流形成，至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)設(shè)備，所述運(yùn)動(dòng)設(shè)備提供有至少一個(gè)擾亂裝置以局部擾亂所述能量場(chǎng)，探測(cè)裝置，用于探測(cè)所述能量場(chǎng)的局部擾亂，以及控制單元，耦合到所述探測(cè)裝置以根據(jù)所探測(cè)的局部擾亂而定位運(yùn)動(dòng)設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，特征在于用于產(chǎn)生所述能量場(chǎng)的裝置適于發(fā)射多個(gè)脈沖流的脈沖束，其中脈沖束中的至少兩個(gè)脈沖流至少基本相互平行取向。
3.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，特征在于每個(gè)脈沖束包含9個(gè)脈沖流，所述脈沖流至少基本相互平行取向。
4.如權(quán)利要求1-3之任一的系統(tǒng)，特征在于所述擾亂裝置適于以獨(dú)特的方式擾亂所述能量場(chǎng)。
5.如前述權(quán)利要求之任一的系統(tǒng)，特征在于所述擾亂裝置適于反射所述脈沖流。
6.如前述權(quán)利要求之任一的系統(tǒng)，特征在于所述擾亂裝置適于影響所述脈沖流。
7.如前述權(quán)利要求之任一的系統(tǒng)，特征在于所述擾亂裝置由芯片形成。
8.如權(quán)利要求1-6之任一的系統(tǒng)，特征在于所述擾亂裝置由涂層形成。
9.如前述權(quán)利要求之任一的系統(tǒng)，特征在于所述系統(tǒng)提供有能夠和所述控制單元通信的可視化裝置以顯示所探測(cè)的運(yùn)動(dòng)設(shè)備的位置。
10.如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，特征在于所述控制單元和所述可視化裝置之間的通信經(jīng)由電磁輻射無(wú)線地發(fā)生。
11.如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，特征在于所述控制單元和所述可視化裝置之間的通信經(jīng)由脈沖流無(wú)線地發(fā)生。
12.使用如權(quán)利要求1-11之任一的系統(tǒng)來(lái)定位運(yùn)動(dòng)設(shè)備的方法，包括以下步驟A)產(chǎn)生能量場(chǎng)，其中所述能量場(chǎng)由一個(gè)或多個(gè)脈沖流形成，B)把至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)設(shè)備放置于所述能量場(chǎng)中，所述運(yùn)動(dòng)設(shè)備提供有至少一個(gè)擾亂裝置以局部擾亂所述能量場(chǎng)，C)探測(cè)所述能量場(chǎng)的局部擾亂，以及D)根據(jù)所探測(cè)的局部擾亂定位運(yùn)動(dòng)設(shè)備。
13.如權(quán)利要求12的方法，特征在于所述方法提供有步驟E)，所述步驟E)包括如步驟D)根據(jù)所探測(cè)的局部擾亂來(lái)定位運(yùn)動(dòng)設(shè)備后顯現(xiàn)運(yùn)動(dòng)設(shè)備的位置。
全文摘要
當(dāng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常難于在確定的時(shí)間點(diǎn)定位(準(zhǔn)確地)該運(yùn)動(dòng)所需的附件。然而運(yùn)動(dòng)設(shè)備的定位在特殊情況下是需要的，例如追蹤運(yùn)動(dòng)進(jìn)行過(guò)程中失蹤的運(yùn)動(dòng)設(shè)備，或者能夠以有效的方式應(yīng)用運(yùn)動(dòng)規(guī)則。本發(fā)明因此涉及一種用于定位運(yùn)動(dòng)設(shè)備的系統(tǒng)。本發(fā)明也涉及一種使用這種系統(tǒng)定位運(yùn)動(dòng)設(shè)備的方法。
文檔編號(hào)G01S5/02GK1774649SQ200480010112
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2004年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月15日
發(fā)明者馬泰因·席默爾, 喬治·約翰內(nèi)斯·費(fèi)迪南杜斯·布洛姆 申請(qǐng)人:埃昂托拉斯特有限公司