高爾夫球跟蹤系統的製作方法

2023-05-29 09:20:02

本發明涉及高爾夫球跟蹤系統。

更具體地說，本發明涉及用於確定由同一位置的多個高爾夫球手擊出的高爾夫球的同時軌跡的高爾夫球跟蹤系統。

背景技術：

高爾夫是數百萬高爾夫球手享受的全球範圍內受歡迎的運動。訓練和發展高爾夫球手花費大量的資金。訓練方法利用適於幫助高爾夫球手提高其比賽的各種技術訓練設備所述各種技術訓練設備。已知的技術訓練設備具有各種缺點和局限性。

本發明的一個目的是提出一種高爾夫球跟蹤系統，其將有助於克服這些問題並且在訓練和交互式比賽中開闢新的可能性。

技術實現要素：

根據本發明，一種高爾夫球跟蹤系統包括：分布式傳感器和處理器系統，所述分布式傳感器和處理器系統適於同時跟蹤由多個高爾夫球手之一擊出的多個高爾夫球的軌跡。

此外，根據本發明，一種用於跟蹤高爾夫球的方法包括步驟：通過分布式傳感器和處理器系統同時跟蹤由多個高爾夫球手之一擊出的多個高爾夫球的軌跡。

為了能夠將擊球分配給正確的高爾夫球手，系統還可以適於跟蹤高爾夫球手的位置。

該系統可以操作在高爾夫球訓練場處，其中多個球員可以從指定區域內的任何地方和/或固定擊球區位置擊球。

該系統還可以適於定位放置在覆蓋區域內的專用目標的位置。

這可以使得能夠報告每一次擊球完成的位置與指定目標相距的距離，並且還用作高爾夫球手指明其希望的瞄準方向的參考。

可以使用調頻恆波(fmcw)雷達技術來跟蹤飛行中的球。

可以基於從分布式雷達傳感器報告的範圍(range)和都卜勒，使用多點定位來確定多個目標在3d空間中的位置。

可以將專用id標籤與雷達或全球導航衛星系統(gnss)結合使用，來確定高爾夫球手的位置，可能還有目標的位置。

通過(經由網際網路連接和/或本地無線網絡)登錄系統，用戶能夠在擊球之後立即在其行動裝置上查看每次擊球的詳細信息。

該系統可以包括移動應用，所述移動應用適於包括比賽和訓練輔助(trainingaids)以便於與其他高爾夫球手或自己競爭，以及有助於提高球員的比賽。

該系統還可以用作教練管理其學生的訓練計劃並跟蹤提高的工具。

用戶的練習課程數據可被上傳到基於雲的存儲設備，其中能夠經由桌面應用或移動應用從基於雲的存儲設備訪問數據以供隨後的查看和分析。

附圖說明

現在將參照附圖通過示例描述本發明。

在圖中，示出了：

圖1：根據本發明的高爾夫球跟蹤系統的高級別圖；以及

圖2：根據安裝在典型的練習設施處的根據本發明的高爾夫球跟蹤系統的圖形說明。

具體實施方式

根據本發明的高爾夫球跟蹤系統包括分布式傳感器和處理器系統，所述分布式傳感器和處理器系統適於同時跟蹤多個高爾夫球手之一擊出的多個高爾夫球的軌跡。

為了能夠向正確的高爾夫球手分配擊球，系統還適應於跟蹤高爾夫球手的位置。

該系統操作在高爾夫球訓練場處，其中多個球員可以從指定區域內的任何地方擊球。

該系統適於定位放置在覆蓋區域內的專用目標的位置。備選地，當執行對場地的準確勘測時，可以在安裝期間確定固定的目標位置。

這使得能夠報告每一次擊球完成的位置與指定目標相距的距離，並且還用作高爾夫球手指示其希望的瞄準方向的參考。

調頻恆波(fmcw)雷達技術被用於跟蹤飛行中的球。

專用id標籤(連同雷達或gnss)被用於確定高爾夫球手的位置，可能還被用於確定目標的位置。

通過登錄系統，用戶可以在擊球之後立即在其行動裝置上查看每一次擊球的詳細信息。

該系統包括移動應用，所述移動應用適於包括比賽和訓練輔助，以便於與其他高爾夫球手或自己競爭，以及有助於提高球員的比賽。

該系統還可以用作教練管理其球員的訓練計劃並跟蹤提高的工具。

用戶的練習課程數據被上傳到基於雲的存儲設備，其中可以經由桌面應用或移動應用從基於雲的存儲設備訪問數據，以供隨後的查看和分析。

圖1示出了高爾夫球跟蹤系統的不同組件的高級別示圖。注意，傳感器、標籤、用戶、目標和飛行中的球的數量不是作為實際系統中可以存在的數量的代表，而是為了說明清楚而選擇的。

圖2提供了可在典型的練習設施處安裝和使用的高爾夫球跟蹤系統的圖形說明。各個組件並不是按比例繪製的，並且其尺寸已被增大以使它們清晰可見。還要注意，各個組件的精確設計和形狀因子可以改變。

(a)系統功能

建立在傳感器與中央處理器之間的通信鏈路

中央處理器使用來自所有傳感器的數據來計算飛行中的球的速度和位置以及用戶(高爾夫球手)和目標的位置。為此，在傳感器與中央處理器之間需要通信鏈路。從傳感器向中央處理器發送測量到的數據，同時從處理器向傳感器發送系統協調所需的命令。

確定所有傳感器的相對位置

為了能夠根據來自多個傳感器的範圍數據計算空間中的相對三維位置，需要知道傳感器的位置，所述位置具有可接受的精度。獲得該位置數據的確切方法仍然需要被確定。潛在的解決方案包括gnss或多個雷達信號的多點定位。備選地，當勘測場地時，可以在安裝期間精確地測量傳感器位置。

確定所有用戶的相對位置

為了使系統能夠將計算出的球的飛行軌跡指派給正確的用戶，需要知道在發球時用戶的位置。在一種可能的實現中，可以使用雷達來測量在調製標籤與若干傳感器之間的距離。然後，中央處理器使用多點定位技術來確定用戶的位置，這與用於計算飛行中的球的位置的技術類似。可以針對每個活動標籤使用唯一調製代碼，以便能夠識別用戶。備選的實施方式使用精確的相對gnss來確定位置標記的位置。該位置標記可以或者由用戶佩戴，或者被放置在用戶正在擊球的位置附近。

確定所有目標傳感器的相對位置。

可以使用與針對用戶佩戴的標籤相同的原理或利用其他手段(如gnss)來確定配備有調製標籤的目標的位置。這些目標位置可以出現在移動應用上，並且可以用於各種功能，例如報告擊球完成的位置與預期目標相距的距離，或允許用戶指定希望的瞄準方向。

測量飛行中的球的瞬時範圍和都卜勒速度

傳感器使用fmcw雷達來確定傳感器與飛行中的球之間的距離(範圍)以及球與傳感器之間的相對徑向速度(都卜勒)。這被報告給中央處理器以計算球的飛行軌跡。

根據測量數據來構建各個飛行軌跡

中央處理器可以組合來自所有傳感器的範圍和速度數據，以使用多點定位和跟蹤技術來構建完整的3d飛行軌跡。這些計算可以針對所有的飛行中的球並發地執行。

將各個球的飛行指派給正確的用戶

當已經計算出完整的球的飛行軌跡時，可以確定其起點。通過知道所有用戶的位置，可以將每個球的飛行指派給擊球的用戶。

測量飛行中的球的旋轉速率

通過測量由雷達傳感器測量的都卜勒信號的調製，有可能可以提取飛行中的球的旋轉速率。

計算旋轉軸

通過對大氣條件作出某些假設，可以根據飛行軌跡和發射條件(垂直和水平發射角、發射速度和發射旋轉速率)來計算球的旋轉軸。

將球的飛行數據發送給用戶的行動裝置

當根據傳感器數據計算出飛行軌跡時，系統可以經由網際網路連接將其分發給適用用戶的行動裝置。然後，移動應用可以使用該數據來執行各種功能。

接受並處理來自用戶的輸入

用戶能夠使用其行動裝置向系統提供輸入。潛在的輸入包括：選擇目標，以及指示希望的瞄準方向。該輸入可被移動應用使用，以及還可以被系統使用(例如，用於對相對於希望的瞄準線的飛行軌跡數據進行基於雲的存儲)。

提供對球的飛行數據的反饋

移動應用在擊球完成之後提供對球的飛行數據的即時反饋。這可以被配置為僅在設備的顯示器上可視，或者通過設備的揚聲器可聽地讀出。

為用戶提供比賽和訓練輔助

移動應用可以包括若干比賽、競賽和訓練輔助，以增強實踐經驗，並幫助測定和提高用戶的技能水平。

測量和記錄天氣和大氣條件

可以包括氣象站以測量和記錄諸如風力、風向、氣溫、溼度、氣壓、降水等參數。然後，這些參數可以與用戶的針對特定練習課程的球的飛行數據一起記錄，以使用戶能夠了解到不同天氣條件到底如何影響其比賽。

在系統安裝期間提供指導和反饋

該系統能夠在安裝過程中指導安裝人員，以確保實現最佳的傳感器定位。這可以通過設計傳感器向中央處理器報告其相對位置和方位來實現。適當的傳感器放置確保了系統沒有任何盲點，同時最小化了所需的傳感器的總數。

執行正在進行的自我診斷測試

每個傳感器可以測量其自己的低級別操作參數(例如電壓、電流、溫度、電池電量等)並將其報告給中央處理器。通過對來自所有傳感器的數據執行後處理(post-processing)，系統還可以檢測是否有任何傳感器正在報告錯誤目標或丟失它本應報告的目標。

將球的飛行數據上傳到基於雲的存儲設備

所有計算出的球的飛行數據都被連結到特定用戶的帳戶，並經由網際網路連接上傳到基於雲的存儲設備。

經由網際網路連接提供遠程訪問

這允許供應商和/或系統管理員遠程連接到系統，以獲得統計使用數據並監視系統的操作。

(b)硬體描述

本節提供了與用於圖1所示的各種系統硬體組件的具體技術和實現有關的更多信息。

雷達傳感器

在最低級別，由分布在需要覆蓋的區域上的雷達傳感器執行所有的範圍和速度測量。基於fmcw的雷達測量離每個飛行中的球的瞬時距離(範圍)(處於該特定傳感器的測量範圍內)、離目標的瞬時距離(範圍)以及離用戶佩戴的id標籤的瞬時距離(範圍)。如果需要準確地確定傳感器的相對位置，它們還可以測量它們與其他傳感器之間的距離。每個單元都配備有gnss接收機，以獲得準確的時間參考，並幫助確定所有傳感器在系統中的相對位置。

傳感器可以對原始測量數據執行某種實時信號處理，作為對實際目標回波的第一次濾波，濾除噪聲和雜波，以及逐個樣本地基於範圍和速度數據的連續性，向具體的目標回波指派索引。處理後的數據被加上時間戳並發送給中央處理器供進一步處理。備選地，可以將原始測量數據發送給中央處理器，在中央處理器中可以進行所有雷達信號處理。

針對傳感器的供電可以考慮若干選項：

1、如果在傳感器與中央處理器之間安裝有線連接，則可以直接從中央處理器給傳感器供電。

2、如果傳感器是電池供電的，則存在以下選項：

a、在一天的結束時從場地中移除整個傳感器，並整晚都將該傳感器連接到充電器(類似於電動高爾夫球車)。作為場地設置例程的一部分，在第二天早上開放之前，所有傳感器需要回到其安裝位置。

b、傳感器具有可拆卸的電池組，可以在每天早上更換可拆卸的電池組，或者可以在系統指示需要更換時更換可拆卸的電池組。

c、每個傳感器都有其自己的用於為電池再充電的太陽能電池。

傳感器的設計和安裝使得它能夠承受來自高爾夫球的直接撞擊而不會損壞。

雷達傳感器與中央處理器之間的通信是經由無線網絡、使用導電電纜或使用光纖光纜來實現的。

中央處理器

中央處理器是負責計算球的飛行軌跡和管理訓練場處的硬體安裝的計算設備。該單元可以容納在練習設施處的現有建築內，或者可以集成在其自己的室外防風雨的外殼中。它配備有ac主電源和網際網路連接。單獨的天線杆為可選的wi-fi天線、用於與傳感器通信的天線、以及經由行動網路提供網際網路連接的天線提供升高位置。如果實現氣象站，則氣象站也可以位於這個杆上。

高爾夫球手id標籤或位置標記

用戶佩戴唯一id標籤，其中在每個課程之前激活該唯一id標籤以便使用。標籤調製並反射雷達信號，使得雷達傳感器能夠在確定標籤的id的同時測量離標籤的距離。標籤也可以被實現為位置標記，所述位置標記是用戶在草皮中他正在擊球的位置處豎立的。也可以使用gnss來確定用戶的位置。

目標

確定目標的位置的方法類似於針對用戶位置標記所執行的方法。

目標和傳感器也可以集成到單個單元中，該單個單元提供兩個功能。

移動接口設備

用戶能夠使用智慧型手機或平板電腦來連接到系統。

用於離線數據分析的計算設備

具有網際網路連接的、能夠運行桌面應用或移動應用的任何個人計算機或行動裝置可被用於訪問存儲在用戶的帳戶中的數據。

氣象站

可以提供氣象站，用於測量諸如風力、風向、氣溫、溼度、大氣壓力、降水等大氣條件。利用與針對雷達傳感器使用的協議相同的協議與中央處理器通信。

(c)軟體描述

本節介紹構成系統的一部分的不同軟體應用的特徵，所述軟體應用用作高爾夫球手、教練和操作員的用戶界面。

報告的球的飛行數據

通過後續段落中描述的各種軟體應用，向用戶提供下述球的飛行數據：

1、飛行距離

2、與目標線的橫向偏離

3、離目標的距離

4、著陸角

5、估計的滾動

6、總距離

7、頂點高度

8、總飛行時間

9、3d飛行軌跡

10、球的發射速度

11、垂直發射角度

12、發射方向

13、旋轉發射速率

14、旋轉軸

針對高爾夫球手的移動應用

在練習設施處，高爾夫球手經由在智慧型手機或平板電腦上運行的移動應用與系統進行交互。

a)基本操作

在基本操作模式下，高爾夫球手能夠看到每一次擊球的軌跡，並且能夠接收對著陸位置的精確指示(總飛行和橫向偏離)。他還可以具有使應用通過行動裝置的揚聲器讀出每一次擊球的選定數據參數的選項，例如：「飛行距離：173米、高度：33米、形狀：3米斜擊球」。

該應用還能夠顯示從高爾夫球手的當前位置到場上的每個目標的距離。

b)比賽和訓練輔助

高爾夫球手可以使用若干比賽和訓練輔助，以使他的練習課程更加有效和愉快，幫助他提高並跟蹤他在比賽的各個方面的進展。在以下段落中總結了當前能預見的幾個訓練輔助。這裡針對應用提供的細節僅僅是說明性的示例：

標準化測試

這是快速測試/例程，球員可以在他去場上的每一天執行該快速測試/例程。他可以用他所選擇的球棒多次擊球，系統然後可以對此進行記錄。隨著時間的流逝，他能夠準確地了解利用他的球棒揮出的距離平均值是多少、以及在任何給定的一天與該平均值的偏離程度。

對這些數字的了解對於高爾夫球手是有用的，這是因為許多因素會影響他在任何給定的一天的擊球距離和軌跡(球員的身體狀況、風、溫度、海拔高度、溼度等)。接收定期且一致的反饋允許高爾夫球手跟蹤他的比賽在各種條件下的變化。除了mvp之外，還可以提供氣象站，以用於記錄與球的飛行數據有關的大氣條件。

使用沙杆的距離控制

在若干不同的目標距離進行單次擊球：40m、50m、60m、70m、80m、90m和100m。球在預期目標距離的一米內著陸獲得10分，距離目標距離每遠一米，減一分。球在距離目標距離超過10米外著陸，得0分。因此，滿分將是70分。

使用鐵桿的距離控制

這與使用沙杆的距離控制類似，但是距離增加了，包括從短鐵桿的距離一直到長鐵桿和混合杆的距離。

一號球桿(driver)距離

嘗試最大化一號球桿距離，同時將球保持在分配的扇形區內。

軌跡控制

該比賽挑戰球員，以查看在仍然實現準確的距離控制的同時他可以多精確地調整他的擊球的軌跡高度。這提高了球員在多風條件下控制其擊球的能力。

成型擊球

向球員挑戰擊打出9種不同的擊球形狀，並仍然使球著落在目標的指定距離內，使得隨著球員技能水平的提高，它逐漸變得更具挑戰性。

60次擊球挑戰

通過在20個不同距離各進行3次擊球，對球員的比賽進行全面測試。

在高爾夫球場上比賽

可以從發球檯到果嶺打一場虛擬的高爾夫球賽，其中開球和近距離擊球基於正在比賽的特定高爾夫球場上原本所需的實際距離。

c)排名

存在針對每次測試和挑戰的在線排名系統。球員可以將他自己的技能水平與世界範圍、其國家或州內、俱樂部內、個人組內等等的高爾夫球手進行比較。

如果該系統安裝在重要的職業高爾夫巡迴賽處的練習和熱身設施處，則例如斯泰倫博斯的岱沙瑞處的球員可以在他的應用中查看「使用沙杆的距離控制」挑戰的世界排名，並且看到記錄的最佳分數是老虎伍茲的62。這樣可以促進他去打敗高爾夫球場上的超級大腕的分數。

針對教練和團隊管理員的應用

由於教練和團隊管理員所需的功能與高爾夫球手所需的功能不同，因此在此將其列為單獨的應用。然而，它也可以僅作為相同應用的單獨功能來實現。

針對教練的應用允許他們定製組/團隊的練習例程，並通過在線遵循練習例程來跟蹤進展。測量球員的進步是很困難的，這是因為只看他們一場的分數通常是誤導性的，並且未提供關於他們在比賽各個方面表現如何的明確信息。測試和挑戰的結果提供了更好的整體情況。

這個功能對於大學教練來說尤其有價值，這是因為他們不斷試圖弄清楚他們的球員進步如何，以及他們的優缺點。知道這一點可以使他們為每一個人規劃和制定適合的訓練計劃。教練有能力為他的所有球員指定整個訓練課程，球員可以在其行動裝置上遵循訓練課程。然後，他在練習課程之後獲得反饋，並且可以分析球員在當天的表現並還跟蹤隨著時間的推移的進展。

桌面應用/網絡應用

與移動應用相比，桌面應用或基於網絡的應用使得有可能對練習課程數據進行進行更詳細的分析。球員能夠查看各種格式(圖表、圖形等)的歷史數據，以跟蹤他的比賽的各個方面的進展。

系統管理應用

向訓練場設施的操作員提供管理應用。本應用的一些功能概述如下。

a)一般系統控制

這包括基本操作，如整個系統的開/關、管理無線網絡屬性等。

b)覆蓋監控器

可以使得具有其當前傳感器配置的系統的覆蓋區域可見。這允許重新配置場地設置，同時仍然維持覆蓋。

c)各種系統組件的健康監控

操作員能夠看到哪個(如果有的話)系統組件沒有按預期操作，並且可能需要被更換。這也可被用於安排預防性維護(例如更換雷達傳感器電池或清潔太陽能電池板)。

d)活動用戶的管理

可以通過該應用查看和管理所有活動用戶標籤和相關聯的用戶帳戶。

數據導出

它被認為是使得3d的球的飛行數據可以以可導出格式用於第三方應用。這對於教練、球棒裝配工、設備製造商、高爾夫模擬器和虛擬高爾夫比賽以及tv製作都是有用的。

使用案例場景

下面將典型的使用案例場景作為一系列步驟列出：

1、從適用於用戶的行動裝置的在線商店下載移動應用。

2、在到達練習設施時，用戶從訓練場操作員那接收id標籤或位置標記。每個用戶接收他自己的個人標籤或位置標記，只有在到達訓練場時才需要在系統上註冊該個人標籤或位置標記。

3、用戶登錄到他的唯一帳戶。

4、當激活時，每個標籤或位置標記都有唯一id，然後將其與用戶的行動裝置和帳戶關聯。這可以經由藍牙或近場無線連接完成，或者通過簡單地在移動應用中輸入標籤的號碼來完成。

5、在標籤與用戶的帳戶關聯之後，用戶的每一次擊球都會被測量並顯示在移動應用上。

6、用戶可以在移動應用界面上選擇要瞄準的特定目標或指示瞄準方向，用作針計算發射方向的參考。

7、如果需要，用戶可以從應用提供的各種訓練輔助或比賽中進行選擇。

8、用戶還可以遵循他的教練創建的個性化練習課程。

9、在練習課程結束之後，用戶的標籤將從用戶帳戶中去激活，並返回給訓練場操作員。

10、用戶可以在線訪問所有記錄的球的飛行數據和比賽/訓練輔助結果。這可以用於後續的分析和進展跟蹤。