[发明专利]一种基于UWB、九轴陀螺仪的运动检测系统

权利要求书

1.一种基于UWB、九轴陀螺仪的运动检测系统，其特征在于，包括：智能泳帽、终端手环、UWB基站、信息服务端和激光追踪灯；

所述智能泳帽，包括泳帽本体、第一UWB定位模块和九轴陀螺仪，所述第一UWB定位模块和所述九轴陀螺仪以可拆卸方式安装在所述智能泳帽上，所述九轴陀螺仪用于测量角速度信息，所述第一UWB定位模块测量UWB定位信息并与所述UWB基站进行通信，将各测量信息发送至所述UWB基站；

所述终端手环，包括第二UWB定位模块和提示模块，所述第二UWB定位模块用于与所述UWB基站进行通信；

所述UWB基站，用于根据所述第一UWB定位模块发送的数据获取游泳者的定位信息，并发送给所述信息服务端，还用于与所述第一UWB定位模块和所述第二UWB定位模块通信；

所述信息服务端，用于根据所述信息服务端根据所述UWB基站接收所述第一UWB定位信息的通信状态，若判断为溺水状态，则向所述终端手环发送报警信息，使所述终端手环的提示模块发出提示，并根据所述智能泳帽的位置信息，控制所述激光追踪灯以预设颜色和亮度照射所述第一UWB定位模块的位置，所述UWB基站还用于根据所述九轴陀螺仪测得的角速度信息，得出游泳者的姿态信息，并发送至所述终端手环；

所述信息服务端根据所述UWB基站接收所述第一UWB定位信息的通信状态，判断游泳者是否处于溺水状态包括：

定义通信状态序列

定义非溺水概率

P(X_k)，其中X_k＝x_k,x_k-1,…,x₀；

定义溺水判断条件为

P(X_k)＜ζ；

其中ζ为溺水判断阈值，将所有样本数据用百分比表示，得到

其中S为样本集合；

将概率函数P(X_k)进行变换，改为学习条件概率函数P(x_k+1|X_k)，概率函数与学习条件概率函数的关系为

溺水判断条件变为

m为序列参数，当m足够大时，溺水判断条件为

其中σ为定义的阈值；

学习样本为长度n+1的通信状态序列的集合，需要学习的函数f定义为

其中G为参数，学习误差函数采用交叉熵

其中

其中Π是累乘符号，代表i从0到m-1，依次计算P(x_k-i|X_k-i-1)的值，并相乘，i表示时刻。

2.根据权利要求1所述的基于UWB、九轴陀螺仪的运动检测系统，其特征在于，所述函数f的学习方式采用梯度下降法。

3.根据权利要求1所述的基于UWB、九轴陀螺仪的运动检测系统，其特征在于，所述UWB基站根据所述九轴陀螺仪测得的角速度信息，得出游泳者的姿态信息包括：

定义集合S为姿态集合，为某姿态的曲线模板；

其中t为时间，W为参数；

在最近时间T内对每一个姿态曲线模板进行最小二乘法拟合，以最小拟合误差的姿态曲线模板为估计的姿态；

定义误差

最小误差

输出姿态为

其中是观察值，是曲线模板计算的估计值，du是时间的微分，u表示时间。

4.根据权利要求1所述的基于UWB、九轴陀螺仪的运动检测系统，其特征在于，所述智能泳帽包括泳帽本体和袋体，所述袋体固定在所述泳帽本体外部，所述袋体上还设有用于将所述袋体内的物体锁紧在所述袋体内的锁紧机构。

5.根据权利要求1所述的基于UWB、九轴陀螺仪的运动检测系统，其特征在于，所述激光追踪灯包括LED激光光束灯和三轴旋转云台，所述UWB基站用于控制所述LED激光光束灯的颜色和亮度，并控制所述三轴旋转云台旋转。