[发明专利]一种运动球体旋转速度的测量方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及测量领域，尤其是一种测量旋转球体运动速度的方法。

背景技术

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时，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。

现有的测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测量：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。

现有的测量方法，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                                               ，则会造成计算错误。

发明内容

本发明的目的是提供一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。本发明根据这一原理进行测量。如图1所示，在运动球体模块5附近放置测量装置模块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，测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，不仅可以增加测量精度，还能够输出多个测量数据。本发明方法流程简单，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。

本发明的另一个目的是提供一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测量。

本发明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。

本发明提出的另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；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1；第一接收点与发出发射波的点处于同一空间位置坐标，第二接收点坐标为，第三接收点坐标为；

所述计算球体空间位置的步骤包括：

步骤a1 检测3个接收点接收到的回波的到达时刻，分别记为；

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，则时间差分别为：

                                                                  

步骤a3 由时间差与距离的关系，可得方程组：

                                    

计算出球体空间位置；其中，为发射波在空气中的传播速度；

步骤a4 根据

计算球体相对于接收点一的方位角、仰角，接收点二相对于球体的方位角、仰角，接收点三相对于球体的方位角，仰角。