運(yùn)動監(jiān)測方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種運(yùn)動監(jiān)測方法，包括：運(yùn)動對象的運(yùn)動監(jiān)測中，進(jìn)行所述運(yùn)動對象的靜態(tài)位置測量和位移變化相關(guān)的動態(tài)位置測量，所述靜態(tài)位置通過與各基站之間的連續(xù)收發(fā)測量得到；進(jìn)行所述靜態(tài)位置的低通濾波和所述動態(tài)位置的高通濾波；融合所述低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后的動態(tài)位置得到所述運(yùn)動對象的位置。此外，還提供了一種與該方法匹配的運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng)。上述運(yùn)動監(jiān)測方法和系統(tǒng)能夠提高定位精度，并且不需要花費(fèi)大量時間進(jìn)行校正。
【專利說明】
運(yùn)動監(jiān)測方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及交互應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種運(yùn)動監(jiān)測方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能化的日趨發(fā)展，越來越多的運(yùn)動場景能夠配備智能裝備，以用于實(shí)現(xiàn)運(yùn) 動監(jiān)測。其中，所進(jìn)行的運(yùn)動監(jiān)測可以是運(yùn)動中位置的監(jiān)測，進(jìn)而通過運(yùn)動中位置的監(jiān)測獲 知運(yùn)動中跑位是否準(zhǔn)確，或者獲得運(yùn)動中與位置相關(guān)的其它狀態(tài)。
[0003] 現(xiàn)有的與位置相關(guān)的運(yùn)動監(jiān)測將是通過藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。具體的，可在 運(yùn)動場上安裝多個無線發(fā)射基站，運(yùn)動員穿戴無線接收標(biāo)簽，根據(jù)無線接收標(biāo)簽相對各無 線發(fā)射基站的藍(lán)牙信號強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動中的定位。
[0004] 然而，現(xiàn)有的定位實(shí)現(xiàn)由于是使用藍(lán)牙信號強(qiáng)度來進(jìn)行距離的推算，受到環(huán)境因 素的較大影響而僅能夠適用于定位精度不高的運(yùn)動，并且不同藍(lán)牙模塊，其所對應(yīng)的藍(lán)牙 信號強(qiáng)度也有較大差別，需要花費(fèi)大量時間對此進(jìn)行校正。
[0005] 由此可知，現(xiàn)有的運(yùn)動監(jiān)測中定位精度不高，并且需要花費(fèi)大量時間校正。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于此，有必要提供一種運(yùn)動監(jiān)測方法，所述方法能夠提高定位精度，并且不需要 花費(fèi)大量時間進(jìn)行校正。
[0007] 另外，還有必要提供一種運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能夠提高定位精度，并且不需要 花費(fèi)大量時間進(jìn)行校正。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，將采用如下技術(shù)方案：
[0009] -種運(yùn)動監(jiān)測方法，包括：
[0010] 運(yùn)動對象的運(yùn)動監(jiān)測中，進(jìn)行所述運(yùn)動對象的靜態(tài)位置測量和位移變化相關(guān)的動 態(tài)位置測量，所述靜態(tài)位置通過與各基站之間的連續(xù)收發(fā)測量得到；
[0011] 進(jìn)行所述靜態(tài)位置的低通濾波和所述動態(tài)位置的高通濾波；
[0012] 融合所述低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后的動態(tài)位置得到所述運(yùn)動對象的 位置。
[0013] 在其中一個實(shí)施例中，所述運(yùn)動對象的運(yùn)動監(jiān)測中，進(jìn)行所述運(yùn)動對象的靜態(tài)位 置測量的步驟包括：
[0014] 按照設(shè)定的連續(xù)收發(fā)次數(shù)進(jìn)行運(yùn)動對象和基站之間的連續(xù)收發(fā)得到所述運(yùn)動對 象相對各基站的連續(xù)收發(fā)時間，所述設(shè)定的連續(xù)收發(fā)次數(shù)與支持的時間分辨率相關(guān)；
[0015] 根據(jù)各基站分別對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間運(yùn)算所述運(yùn)動對象和基站之間的相對距離， 由所述相對距離得到所述運(yùn)動對象的靜態(tài)位置。
[0016] 在其中一個實(shí)施例中，所述根據(jù)各基站分別對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間運(yùn)算所述運(yùn)動對 象和基站之間的相對距離，由所述相對距離得到所述運(yùn)動對象的靜態(tài)位置的步驟包括：
[0017] 獲取基站之間的距離；
[0018] 根據(jù)所述各基站對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間進(jìn)行基站之間距離的分割，得到所述運(yùn)動對 象和基站之間的相對距離；
[0019] 根據(jù)所述運(yùn)動對象和基站之間的相對距離定位所述運(yùn)動對象得到所述運(yùn)動對象 的靜態(tài)位置。
[0020] 在其中一個實(shí)施例中，所述位移變化相關(guān)的動態(tài)位置測量的步驟包括：
[0021 ]獲取所述運(yùn)動對象的剛體加速度；
[0022] 進(jìn)行所述剛體加速度的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換得到相對于世界坐標(biāo)系的加速度；
[0023] 對所述相對于世界坐標(biāo)系的加速度進(jìn)行積分運(yùn)算得到所述位移變化，由所述位移 變化得到所述運(yùn)動對象的動態(tài)位置。
[0024] 在其中一個實(shí)施例中，所述融合所述低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后的動態(tài) 位置得到所述運(yùn)動對象的位置的步驟包括：
[0025] 獲取適應(yīng)于所述運(yùn)動對象在速度上動態(tài)變化的融合參數(shù)；
[0026] 按照所述融合參數(shù)融合所述低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后的動態(tài)位置得 到所述運(yùn)動對象的位置。
[0027] 一種運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng)，包括：
[0028] 測量模塊，用于運(yùn)動對象的運(yùn)動監(jiān)測中，進(jìn)行所述運(yùn)動對象的靜態(tài)位置測量和位 移變化相關(guān)的動態(tài)位置測量，所述靜態(tài)位置通過與各基站之間的連續(xù)收發(fā)測量得到；
[0029] 濾波模塊，用于進(jìn)行所述靜態(tài)位置的低通濾波和所述動態(tài)位置的高通濾波；
[0030] 融合模塊，用于融合所述低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后的動態(tài)位置得到所 述運(yùn)動對象的位置。
[0031 ]在其中一個實(shí)施例中，所述測量模塊包括：
[0032] 連續(xù)收發(fā)單元，用于按照設(shè)定的連續(xù)收發(fā)次數(shù)進(jìn)行運(yùn)動對象和基站之間的連續(xù)收 發(fā)得到所述運(yùn)動對象相對各基站的連續(xù)收發(fā)時間，所述設(shè)定的連續(xù)收發(fā)次數(shù)與支持的時間 分辨率相關(guān)；
[0033] 靜態(tài)位置運(yùn)算單元，用于根據(jù)各基站分別對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間運(yùn)算所述運(yùn)動對象 和基站之間的相對距離，由所述相對距離得到所述運(yùn)動對象的靜態(tài)位置。
[0034] 在其中一個實(shí)施例中，所述靜態(tài)位置運(yùn)算單元包括：
[0035]距離獲取子單元，用于獲取基站之間的距離；
[0036]距離分割子單元，用于根據(jù)所述各基站對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間進(jìn)行基站之間距離的 分割，得到所述運(yùn)動對象和基站之間的相對距離；
[0037] 靜態(tài)定位子單元，用于根據(jù)所述運(yùn)動對象和基站之間的相對距離定位所述運(yùn)動對 象得到所述運(yùn)動對象的靜態(tài)位置。
[0038] 在其中一個實(shí)施例中，所述測量模塊包括：
[0039] 剛體加速度獲取單元，用于獲取所述運(yùn)動對象的剛體加速度；
[0040] 轉(zhuǎn)換單元，用于進(jìn)行所述剛體加速度的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換得到相對于世界坐標(biāo)系的加速 度；
[0041 ]積分運(yùn)算單元，用于對所述相對于世界坐標(biāo)系的加速度進(jìn)行積分運(yùn)算得到位移變 化，由位移變化得到所述運(yùn)動對象的動態(tài)位置。
[0042]在其中一個實(shí)施例中，所述融合模塊包括：
[0043] 參數(shù)獲取單元，用于獲取適應(yīng)于所述運(yùn)動對象在速度上動態(tài)變化的融合參數(shù)；
[0044] 位置融合單元，用于按照所述融合參數(shù)融合所述低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾 波后的動態(tài)位置得到所述運(yùn)動對象的位置。
[0045] 由上述技術(shù)方案可知，針對運(yùn)動對象所進(jìn)行的運(yùn)動監(jiān)測中，通過與各基站之間的 連續(xù)收發(fā)測量得到運(yùn)動對象的靜態(tài)位置，相應(yīng)的，也將測量位移變化相關(guān)的動態(tài)位置，對靜 態(tài)位置進(jìn)行低通濾波，對動態(tài)位置進(jìn)行高通濾波，最后將低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾 波后的動態(tài)位置進(jìn)行融合，以得到運(yùn)動對象的位置，無線收發(fā)中無線電傳輸速度在相同介 質(zhì)中具備非常好的速度一致性，由此所測量得到的運(yùn)動對象的靜態(tài)位置具備非常高的精 度，在獲得靜態(tài)位置的基礎(chǔ)上還充分考慮了運(yùn)動對象的動態(tài)，進(jìn)而將兩者相融合，使得所最 終定位得到的位置具備非常高的精度，并且不需要花費(fèi)大量時間進(jìn)行校正。
【附圖說明】
[0046] 圖1是一個實(shí)施例中運(yùn)動監(jiān)測方法的流程圖；
[0047] 圖2是圖1中運(yùn)動對象的運(yùn)動監(jiān)測中，進(jìn)行運(yùn)動對象的靜態(tài)位置測量的方法流程 圖；
[0048] 圖3是圖2中根據(jù)各基站分別對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間運(yùn)算運(yùn)動對象和基站之間的相 對距離，由相對距離得到運(yùn)動對象的靜態(tài)位置的方法流程圖；
[0049] 圖4是個實(shí)施例中基站和運(yùn)動對象的布局不意圖；
[0050] 圖5是圖1中位移變化相關(guān)的動態(tài)位置測量的方法流程圖；
[0051] 圖6是圖1中融合低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后的動態(tài)位置得到運(yùn)動對象 的位置的方法流程圖；
[0052]圖7是一個實(shí)施例中運(yùn)動監(jiān)測方法的應(yīng)用場景示意圖；
[0053] 圖8是一個實(shí)施例中運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054] 圖9是圖9中測量模塊在一個實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055] 圖10是圖9中靜態(tài)位置運(yùn)算單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056] 圖11是圖9中測量模塊在另一個實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057]圖12是圖9中融合模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058]體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點(diǎn)的典型實(shí)施方式將在以下的說明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是 本發(fā)明能夠在不同的實(shí)施方式上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說 明及圖示在本質(zhì)上是當(dāng)作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。
[0059]在一個實(shí)施例中，具體的，該運(yùn)動監(jiān)測方法如圖1所示，包括：
[0000]步驟110,運(yùn)動對象的運(yùn)動監(jiān)測中，進(jìn)行運(yùn)動對象的靜態(tài)位置測量和位移變化相關(guān) 的動態(tài)位置測量，靜態(tài)位置通過與各基站之間的連續(xù)收發(fā)測量得到。
[0061] 運(yùn)動對象可以是用戶，也可以是任意發(fā)生運(yùn)動的物體。例如，運(yùn)動對象可以是足球 場中的各球員，也可以是足球場中的足球，可根據(jù)需要確定。運(yùn)動對象的靜態(tài)位置是指針對 運(yùn)動對象采用靜止?fàn)顟B(tài)下相對準(zhǔn)確的定位方法所得到的位置;運(yùn)動對象的動態(tài)位置則是針 對運(yùn)動對象采用運(yùn)動狀態(tài)下相對準(zhǔn)確的定位方法所得到的位置。
[0062] 具體的，運(yùn)動對象所在的場所配備了若干個基站，并且運(yùn)動對象攜帶了定位設(shè)備， 通過定位設(shè)備與基站之間的連續(xù)收發(fā)實(shí)現(xiàn)同定位。該連續(xù)收發(fā)可以通過藍(lán)牙信號、WiFi信 號實(shí)現(xiàn)，在此不進(jìn)行限定。
[0063] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，所配備的基站數(shù)量為四個，既可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)位置的定位，又能夠 最大程度的節(jié)省成本，以避免過多基站而造成的浪費(fèi)。
[0064] 運(yùn)動對象所攜帶的定位設(shè)備具備無線收發(fā)模塊，以滿足靜態(tài)位置的測量需要，除 此之外，還具備九軸傳感器，以實(shí)現(xiàn)動態(tài)位置的測量。例如，定位設(shè)備可以是標(biāo)簽的形式，以 貼設(shè)于運(yùn)動對象上。
[0065] 步驟130,進(jìn)行靜態(tài)位置的低通濾波和動態(tài)位置的高通濾波。
[0066] 運(yùn)動對象在靜止?fàn)顟B(tài)下將最大限度地接近靜態(tài)位置，在快速運(yùn)動狀態(tài)下將最大限 度的接近動態(tài)位置。而運(yùn)動對象當(dāng)前可能處理靜止?fàn)顟B(tài)、低速運(yùn)動狀態(tài)或者較高速度運(yùn)動 狀態(tài)，因此，運(yùn)動對象的實(shí)際位置將有至少兩種可能。
[0067] 在此情況下，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行靜態(tài)位置的低通濾波和動態(tài)位置的高通濾波，以得到更為 精準(zhǔn)的靜止?fàn)顟B(tài)下的位置以及運(yùn)動狀態(tài)下的位置。
[0068] 具體的，靜態(tài)位置的測量中，運(yùn)動對象在靜止?fàn)顟B(tài)下所得到的靜態(tài)位置將非常準(zhǔn) 確，但隨著其速度的加快，所測量得到的靜態(tài)位置將越來越不準(zhǔn)確，因此，測量所得到的靜 態(tài)位置中，存在著無效的靜態(tài)位置。
[0069] 通過靜態(tài)位置的低通濾波，將位置變化大于一定值的靜態(tài)位置，即無效的靜態(tài)位 置去除，以獲得緩慢變化甚至于靜止的靜態(tài)位置用于后續(xù)的運(yùn)算。
[0070] 動態(tài)位置的測量中，運(yùn)動對象在運(yùn)動狀態(tài)下所得到的動態(tài)位置將非常準(zhǔn)確，并且 隨著運(yùn)動的加快，所測量得到的動態(tài)位置也將更加準(zhǔn)確，即所測量得到的動態(tài)位置在運(yùn)動 對象運(yùn)動速度越快時，越準(zhǔn)確。
[0071] 基于此，通過動態(tài)位置的高通濾波，獲得位置變化小于一定位的動態(tài)位置，此動態(tài) 位置是無效的，由此獲得位置快速變化的動態(tài)位置，以用于后續(xù)的運(yùn)算。
[0072] 步驟150,融合低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后的動態(tài)位置得到運(yùn)動對象的 位置。
[0073] 通過低通濾波和高通濾波提取得到更為準(zhǔn)確的運(yùn)動位置，即低通濾波后的靜態(tài)位 置和高通濾波的后的動態(tài)位置，由此將兩個位置做融合便可得到運(yùn)動對象的定位結(jié)果。
[0074] 通過如上所述的過程，使得針對運(yùn)動對象所進(jìn)行的與位置相關(guān)的運(yùn)動監(jiān)測能夠適 用于各種類型的運(yùn)動，例如，運(yùn)動中的靜止?fàn)顟B(tài)、低速運(yùn)動和高速運(yùn)動，具備非常高的通用 性。
[0075] 如上所述的過程能夠應(yīng)用于訓(xùn)練和比賽中運(yùn)動員的跑位情況監(jiān)測，或者運(yùn)動中運(yùn) 動設(shè)備的位置監(jiān)測，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動情況的準(zhǔn)確評估，極大的增強(qiáng)了運(yùn)動的智能化程度。
[0076] 在一個實(shí)施例中，步驟110在執(zhí)行運(yùn)動對象的運(yùn)動監(jiān)測中，進(jìn)行運(yùn)動對象的靜態(tài)位 置測量的過程如圖2所示，包括：
[0077] 步驟111a，按照設(shè)定的連續(xù)收發(fā)次數(shù)進(jìn)行運(yùn)動對象和基站之間的連續(xù)收發(fā)得到運(yùn) 動對象相對各基站的連續(xù)收發(fā)時間，設(shè)定的連續(xù)收發(fā)次數(shù)與支持的時間分辨率相關(guān)。
[0078] 連續(xù)收發(fā)次數(shù)是指運(yùn)動對象所攜帶的定位設(shè)備與一基站之間連續(xù)進(jìn)行無線收發(fā) 的次數(shù)，其所對應(yīng)的具體數(shù)值是由所支持的時間分辨率確定的。
[0079 ]運(yùn)動對象的運(yùn)動監(jiān)測中，針對每一基站，都按照設(shè)定的連續(xù)收發(fā)次數(shù)連續(xù)進(jìn)行運(yùn) 動對象和該基站之間與連續(xù)收發(fā)次數(shù)相符的無線接收和發(fā)送，并獲得運(yùn)動對象相對該基站 的連續(xù)收發(fā)時間。
[0080] 由此便能夠?yàn)檫\(yùn)動對象獲得所有基站所分別對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間。
[0081] 運(yùn)動對象與基站之間所進(jìn)行的連續(xù)收發(fā)過程需要與當(dāng)前所能夠支持的時間分辨 率相符，由此方能夠準(zhǔn)確獲得連續(xù)收發(fā)時間。
[0082] 在此收發(fā)過程中，并無法識別收發(fā)一次的時間，因此，需要進(jìn)行多次連續(xù)的收發(fā)。 由于所進(jìn)行的運(yùn)動監(jiān)測是針對人的，人體寬度約為〇.3m，因此所能夠識別的距離精度必須 要小于0.3m。
[0083] 根據(jù)距離與時間之間的線性關(guān)系，如果實(shí)現(xiàn)0.3m的距離精度，則要求時間分辨率 為2ns，由此，將設(shè)定相應(yīng)的連續(xù)收發(fā)次數(shù)。
[0084]假設(shè)連續(xù)收發(fā)次數(shù)為1000次，則距離為0.3m時，一次收發(fā)時間為2ns，1000次收發(fā) 時間則為2us，由此對定位設(shè)備中使用12M的MCU而言，其具務(wù)0. lus的時間分辨率，因此，能 夠滿足測量要求。
[0085]在此定位設(shè)備中在時間分辨率達(dá)到0. lus時，而在真空狀態(tài)下無線電傳輸速度約 為300000km/s，距離與時間成線性關(guān)系，即根據(jù)時間與速度之間的關(guān)系可以得到O.lus* 300000km/s = 30m，即一次收發(fā)能精確測量的距離是15m，在進(jìn)行1000次收發(fā)的情況下能精 確測量的距離是〇。〇15111，能夠?qū)崿F(xiàn)精確測量。
[0086]步驟113a，根據(jù)各基站分別對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間運(yùn)算運(yùn)動對象和基站之間的相對 距離，由相對距離得到運(yùn)動對象的靜態(tài)位置。
[0087]在獲得各基站所分別對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間之后，將進(jìn)行基站與運(yùn)動對象之間相對 距離的運(yùn)算，以通過運(yùn)動對象與各基站之間的相對距離來確定靜態(tài)位置。
[0088]具體的，基站之間的距離為已知的固定值，無線電傳輸速度在相同介質(zhì)中具有非 常高的速度一致性，因此能夠根據(jù)各基站所分別對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間運(yùn)算得到運(yùn)動對象與 各基站之間的相對距離。
[0089]需要說明的是，運(yùn)動對象與基站之間的相對距離指的是在兩個基站之間的連線上 與運(yùn)動對象的垂線相交的點(diǎn)與兩個基站分別對應(yīng)的距離，其是根據(jù)相應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間對 連續(xù)進(jìn)行分割而運(yùn)算得到的。
[0090]進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，步驟113a如圖3所示，包括：
[0091]步驟201，獲取運(yùn)動對象的剛體加速度。
[0092]步驟203,根據(jù)各基站對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間進(jìn)行基站之間距離的分割，得到運(yùn)動對 象和基站之間的相對距離。
[0093] 步驟205,根據(jù)運(yùn)動對象和基站之間的相對距離定位運(yùn)動對角是得到運(yùn)動對象的 靜態(tài)位置。
[0094] 如圖4所示，基站1和基站2之間的連線麗所對應(yīng)的距離為D12，基站1和基站3之間 的連線MB所對應(yīng)的距離為D13,由此根據(jù)所獲得的連續(xù)收發(fā)時間進(jìn)行連線麗和連線MB的分 害J，得到運(yùn)動對象在連線MM的對應(yīng)點(diǎn)A1和連線MB的對應(yīng)點(diǎn)A2。
[0095] 根據(jù)對應(yīng)點(diǎn)A1和對應(yīng)點(diǎn)A2分別得到兩條垂線，其分別與連續(xù)麗和連線MB相對應(yīng)， 兩條垂線的交線即為運(yùn)動對象的靜態(tài)位置。
[0096] 在一個實(shí)施例中，步驟110中執(zhí)行位移變化相關(guān)的動態(tài)位置測量的過程如圖5所 示，包括：
[0097] 步驟111b，獲取運(yùn)動對象的剛體加速度。
[0098]如前所述的，運(yùn)動對象所攜帶的定位設(shè)備配置了九軸傳感器，即三軸加速度計(jì)、三 軸陀螺儀和三軸地磁，因此，在針對運(yùn)動對象所進(jìn)行的運(yùn)動監(jiān)測中，將直接獲得采集的剛體 加速度。具體的，由三軸加速度計(jì)獲得剛體加速度。
[0099] 步驟113b，進(jìn)行剛體加速度和坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換得到相對于世界坐標(biāo)系的加速度。
[0100] 由于剛體加速度是以大地為參考物的，其所對應(yīng)的X軸上的lg加速度可能是指向 東方的，也可能是指向北方的，因此，需要轉(zhuǎn)換為相對于世界坐標(biāo)系的加速度。
[0101 ]具體的，通過對剛體加速度進(jìn)行卡爾曼濾波得到相應(yīng)的歐拉角，即（θ，φ，γ )，其 中，卡爾曼濾波所需要使用的參數(shù)也將由九軸傳感器獲得。
[0102] 根據(jù)運(yùn)算所得到的歐拉角，對剛體加速度ACCb進(jìn)行相對于世界坐標(biāo)系的加速度的 轉(zhuǎn)換。在此過程中，對于剛體坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系，其所涉及的轉(zhuǎn)換關(guān)系如以下公式所示， 即：
[0103]
[0104] 其中，Χη、Υη和Zn為剛體坐標(biāo)系所對應(yīng)的三軸坐標(biāo)，Xb、Y b和Zb為世界坐標(biāo)系所對應(yīng) 的三軸坐標(biāo)；
[0105]
[0106] 由此，可求出世界坐標(biāo)系的加速度ACCn={ACCXn，ACCYn，ACCZn}， ACCn=r ri *ACCbt： l δ
[0107] 步驟115b，對相對于世界坐標(biāo)系的加速度進(jìn)行積分運(yùn)算得到位移變化，由位移變 化得到運(yùn)動對象的動態(tài)位置。
[0108] 通過在時間上對世界坐標(biāo)系的加速度進(jìn)行積分運(yùn)算得到速度，進(jìn)而繼續(xù)由速度進(jìn) 行時間上的積分得到運(yùn)動對象的位移變化，以由此得到運(yùn)動對象的動態(tài)位置。
[0109] 由于只考慮平面，因此，在坐標(biāo)中（^7,2) = (^7,0)，由初始位置，即上一次監(jiān)測 所最終得到的位置與位移變化即可得到運(yùn)動對象的動態(tài)位置。
[0110] 此過程能夠準(zhǔn)確反映運(yùn)動對象的快速運(yùn)動，因此，將實(shí)現(xiàn)下運(yùn)動狀態(tài)下運(yùn)動對象 位置的準(zhǔn)確定位。
[0111] 在一個實(shí)施例中，如圖6所示，步驟150包括：
[0112] 步驟151，獲取適應(yīng)于運(yùn)動對象在速度上動態(tài)變化的融合參數(shù)。
[0113] 所進(jìn)行的位置融合中，首先需要根據(jù)運(yùn)動對象的速度獲取適應(yīng)于速度的動態(tài)變化 的融合參數(shù)。該融合參數(shù)的范圍〇~1，當(dāng)運(yùn)動對象靜止時融合參數(shù)為1，隨著速度變化，融合 參數(shù)也隨著變化，直至運(yùn)動對象快速運(yùn)動時，變?yōu)椹枴?br>[0114] 融合參數(shù)的變化實(shí)際是在不斷地調(diào)節(jié)動態(tài)位置和靜態(tài)位置之間可信度的過程，總 的可信度為1，因此，能夠通過融合參數(shù)將動態(tài)位置和靜態(tài)位置合成為一個準(zhǔn)確的位置。
[0115] 步驟153,按照融合參數(shù)融合低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后的動態(tài)位置得 到運(yùn)動對象的位置。
[0116]低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后的動態(tài)位置所進(jìn)行的融合如下述公式所示， 即：
[0117] N=k*B+(l_k)*C
[0118] 其中，N為運(yùn)動對象的位置，k為融合參數(shù)，B為靜態(tài)位置，C為動態(tài)位置。
[0119] 如上所述的運(yùn)動監(jiān)測過程可應(yīng)用于跑位監(jiān)測系統(tǒng)中，通過如上所述過程實(shí)現(xiàn)的跑 位訓(xùn)練應(yīng)用能夠?yàn)榕芪挥?xùn)練提供輔助，例如，如圖7所示的，提示跑到位置1，然后將獲得的 位置做比較，以判斷當(dāng)前所進(jìn)行的跑位是否正確，并獲得跑位過程中的反應(yīng)時間。
[0120] 此外，還可以在運(yùn)動對象中攜帶心率傳感器、血壓傳感器和體溫傳感器來監(jiān)測運(yùn) 動中的體征變化。
[0121] 另外，還可通過用戶肢體上九軸傳感器的穿戴實(shí)現(xiàn)動作的判斷。例如，用戶跑到某 一位置時所對應(yīng)的肢體動作。
[0122] 在運(yùn)動對象為球拍或者足球等器材時，通過如上所述的過程，實(shí)現(xiàn)了球拍或球在 運(yùn)動過程中的實(shí)時監(jiān)測，精度高，實(shí)時性能好。
[0123] 在一個實(shí)施例中，還相應(yīng)地提供了一種運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)如圖8所示，包括測 量模塊310、濾波模塊330和融合模塊350，其中：
[0124] 測量模塊310,用于運(yùn)動對象的運(yùn)動監(jiān)測中，進(jìn)行運(yùn)動對象的靜態(tài)位置測量和位移 變化的動態(tài)位置測量，靜態(tài)位置通過與各基站之間的連續(xù)收發(fā)測量得到。
[0125] 濾波模塊330，用于進(jìn)行靜態(tài)位置的低通濾波和動態(tài)位置的高通濾波。
[0126] 融合模塊350,用于融合低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后的動態(tài)位置得到運(yùn) 動對象的位置。
[0127] 在一個實(shí)施例中，測量模塊310如圖9所示，包括連續(xù)收發(fā)單元311a和靜態(tài)位置運(yùn) 算單元313a，其中：
[0128] 連續(xù)收發(fā)單元311a，用于按照設(shè)定的連續(xù)收發(fā)次數(shù)進(jìn)行運(yùn)動對象和基站之間的連 續(xù)收發(fā)得到運(yùn)動對象相對各基站的連續(xù)收發(fā)時間，設(shè)定的連續(xù)收發(fā)次數(shù)與支持的時間分辨 率相關(guān)。
[0129] 靜態(tài)位置運(yùn)算單元313a，用于根據(jù)各基站分別對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間運(yùn)算運(yùn)動對象 和基站之間的相對距離，由相對距離得到運(yùn)動對象的靜態(tài)位置。
[0130]進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，靜態(tài)位置運(yùn)算單元313a如圖10所示，包括距離獲取子單 元3131、距離分割子單元3133和靜態(tài)定位子單元3135,其中：
[0131] 距離獲取子單元3131，用于獲取基站之間的距離。
[0132] 距離分割子單元3133,用于根據(jù)各基站對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間進(jìn)行基站之間距離的 分割，得到運(yùn)動對象和基站之間的相對距離。
[0133] 靜態(tài)定位子單元3135,用于根據(jù)運(yùn)動對象和基站之間的相對距離定位運(yùn)動對象得 到運(yùn)動對象的靜態(tài)位置。
[0134] 在一個實(shí)施例中，測量模塊310如圖11所示，包括剛體加速度獲取單元311b、轉(zhuǎn)換 單元313b和積分運(yùn)算單元315b，其中：
[0135] 剛體加速度獲取單元311b，用于獲取運(yùn)動對象的剛體加速度。
[0136] 轉(zhuǎn)換單元313b，用于進(jìn)行剛體加速度的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換得到相對于世界坐標(biāo)系的加速 度。
[0137] 積分運(yùn)算單元315b，用于對相對于世界坐標(biāo)系的加速度進(jìn)行積分運(yùn)算得到位移變 化，由位移變化得到運(yùn)動對象的動態(tài)位置。
[0138] 在一個實(shí)施例中，如圖12所示，融合模塊350包括參數(shù)獲取單元351和位置融合單 元353,其中：
[0139] 參數(shù)獲取單元351，用于獲取適應(yīng)于運(yùn)動對象在速度上動態(tài)變化的融合參數(shù)。
[0140]位置融合單元353,用于按照融合參數(shù)融合低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后 的動態(tài)位置得到運(yùn)動對象的位置。
[0141] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過硬件 來完成，也可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計(jì)算機(jī)可讀 存儲介質(zhì)中，上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。
[0142] 雖然已參照幾個典型實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和 示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離發(fā)明的精神或 實(shí)質(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施方式不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的 精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨 附權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種運(yùn)動監(jiān)測方法，其特征在于，包括： 運(yùn)動對象的運(yùn)動監(jiān)測中，進(jìn)行所述運(yùn)動對象的靜態(tài)位置測量和位移變化相關(guān)的動態(tài)位 置測量，所述靜態(tài)位置通過與各基站之間的連續(xù)收發(fā)測量得到； 進(jìn)行所述靜態(tài)位置的低通濾波和所述動態(tài)位置的高通濾波； 融合所述低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后的動態(tài)位置得到所述運(yùn)動對象的位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述運(yùn)動對象的運(yùn)動監(jiān)測中，進(jìn)行所述運(yùn) 動對象的靜態(tài)位置測量的步驟包括： 按照設(shè)定的連續(xù)收發(fā)次數(shù)進(jìn)行運(yùn)動對象和基站之間的連續(xù)收發(fā)得到所述運(yùn)動對象相 對各基站的連續(xù)收發(fā)時間，所述設(shè)定的連續(xù)收發(fā)次數(shù)與支持的時間分辨率相關(guān)； 根據(jù)各基站分別對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間運(yùn)算所述運(yùn)動對象和基站之間的相對距離，由所 述相對距離得到所述運(yùn)動對象的靜態(tài)位置。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)各基站分別對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間 運(yùn)算所述運(yùn)動對象和基站之間的相對距離，由所述相對距離得到所述運(yùn)動對象的靜態(tài)位置 的步驟包括： 獲取基站之間的距離； 根據(jù)所述各基站對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間進(jìn)行基站之間距離的分割，得到所述運(yùn)動對象和 基站之間的相對距離； 根據(jù)所述運(yùn)動對象和基站之間的相對距離定位所述運(yùn)動對象得到所述運(yùn)動對象的靜 態(tài)位置。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述位移變化相關(guān)的動態(tài)位置測量的步驟 包括： 獲取所述運(yùn)動對象的剛體加速度； 進(jìn)行所述剛體加速度的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換得到相對于世界坐標(biāo)系的加速度； 對所述相對于世界坐標(biāo)系的加速度進(jìn)行積分運(yùn)算得到所述位移變化，由所述位移變化 得到所述運(yùn)動對象的動態(tài)位置。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述融合所述低通濾波后的靜態(tài)位置和高 通濾波后的動態(tài)位置得到所述運(yùn)動對象的位置的步驟包括： 獲取適應(yīng)于所述運(yùn)動對象在速度上動態(tài)變化的融合參數(shù)； 按照所述融合參數(shù)融合所述低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后的動態(tài)位置得到所 述運(yùn)動對象的位置。6. -種運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括： 測量模塊，用于運(yùn)動對象的運(yùn)動監(jiān)測中，進(jìn)行所述運(yùn)動對象的靜態(tài)位置測量和位移變 化相關(guān)的動態(tài)位置測量，所述靜態(tài)位置通過與各基站之間的連續(xù)收發(fā)測量得到； 濾波模塊，用于進(jìn)行所述靜態(tài)位置的低通濾波和所述動態(tài)位置的高通濾波； 融合模塊，用于融合所述低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后的動態(tài)位置得到所述運(yùn) 動對象的位置。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量模塊包括： 連續(xù)收發(fā)單元，用于按照設(shè)定的連續(xù)收發(fā)次數(shù)進(jìn)行運(yùn)動對象和基站之間的連續(xù)收發(fā)得 到所述運(yùn)動對象相對各基站的連續(xù)收發(fā)時間，所述設(shè)定的連續(xù)收發(fā)次數(shù)與支持的時間分辨 率相關(guān)； 靜態(tài)位置運(yùn)算單元，用于根據(jù)各基站分別對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間運(yùn)算所述運(yùn)動對象和基 站之間的相對距離，由所述相對距離得到所述運(yùn)動對象的靜態(tài)位置。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述靜態(tài)位置運(yùn)算單元包括： 距離獲取子單元，用于獲取基站之間的距離； 距離分割子單元，用于根據(jù)所述各基站對應(yīng)的連續(xù)收發(fā)時間進(jìn)行基站之間距離的分 害J，得到所述運(yùn)動對象和基站之間的相對距離； 靜態(tài)定位子單元，用于根據(jù)所述運(yùn)動對象和基站之間的相對距離定位所述運(yùn)動對象得 到所述運(yùn)動對象的靜態(tài)位置。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量模塊包括： 剛體加速度獲取單元，用于獲取所述運(yùn)動對象的剛體加速度； 轉(zhuǎn)換單元，用于進(jìn)行所述剛體加速度的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換得到相對于世界坐標(biāo)系的加速度； 積分運(yùn)算單元，用于對所述相對于世界坐標(biāo)系的加速度進(jìn)行積分運(yùn)算得到位移變化， 由位移變化得到所述運(yùn)動對象的動態(tài)位置。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述融合模塊包括： 參數(shù)獲取單元，用于獲取適應(yīng)于所述運(yùn)動對象在速度上動態(tài)變化的融合參數(shù)； 位置融合單元，用于按照所述融合參數(shù)融合所述低通濾波后的靜態(tài)位置和高通濾波后 的動態(tài)位置得到所述運(yùn)動對象的位置。
【文檔編號】H04W64/00GK105898861SQ201610220260
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】宋志聰, 李榮清
【申請人】深圳市酷浪云計(jì)算有限公司