CN107206272A - 高尔夫球跟踪系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高尔夫球跟踪系统，其包括分布式传感器和处理器系统，所述分布式传感器和处理器系统适于同时跟踪由多个高尔夫球手之一击出的多个高尔夫球的轨迹。该系统适于跟踪高尔夫球手的位置，以便能够向正确的高尔夫球手分配击球。该系统在高尔夫球训练场处操作，在该高尔夫球训练场中多个球员可以从指定区域内的任何地方和/或固定击球区位置击球。基于从分布式雷达传感器报告的范围和多普勒，使用多点定位来确定多个目标在3D空间中的位置。

Description

高尔夫球跟踪系统
技术领域
本发明涉及高尔夫球跟踪系统。
更具体地说，本发明涉及用于确定由同一位置的多个高尔夫球手击出的高尔夫球的同时轨迹的高尔夫球跟踪系统。
背景技术
高尔夫是数百万高尔夫球手享受的全球范围内受欢迎的运动。训练和发展高尔夫球手花费大量的资金。训练方法利用适于帮助高尔夫球手提高其比赛的各种技术训练设备所述各种技术训练设备。已知的技术训练设备具有各种缺点和局限性。
本发明的一个目的是提出一种高尔夫球跟踪系统，其将有助于克服这些问题并且在训练和交互式比赛中开辟新的可能性。
发明内容
根据本发明，一种高尔夫球跟踪系统包括：分布式传感器和处理器系统，所述分布式传感器和处理器系统适于同时跟踪由多个高尔夫球手之一击出的多个高尔夫球的轨迹。
此外，根据本发明，一种用于跟踪高尔夫球的方法包括步骤：通过分布式传感器和处理器系统同时跟踪由多个高尔夫球手之一击出的多个高尔夫球的轨迹。
为了能够将击球分配给正确的高尔夫球手，系统还可以适于跟踪高尔夫球手的位置。
该系统可以操作在高尔夫球训练场处，其中多个球员可以从指定区域内的任何地方和/或固定击球区位置击球。
该系统还可以适于定位放置在覆盖区域内的专用目标的位置。
这可以使得能够报告每一次击球完成的位置与指定目标相距的距离，并且还用作高尔夫球手指明其希望的瞄准方向的参考。
可以使用调频恒波(FMCW)雷达技术来跟踪飞行中的球。
可以基于从分布式雷达传感器报告的范围(range)和多普勒，使用多点定位来确定多个目标在3D空间中的位置。
可以将专用ID标签与雷达或全球导航卫星系统(GNSS)结合使用，来确定高尔夫球手的位置，可能还有目标的位置。
通过(经由互联网连接和/或本地无线网络)登录系统，用户能够在击球之后立即在其移动设备上查看每次击球的详细信息。
该系统可以包括移动应用，所述移动应用适于包括比赛和训练辅助(trainingaids)以便于与其他高尔夫球手或自己竞争，以及有助于提高球员的比赛。
该系统还可以用作教练管理其学生的训练计划并跟踪提高的工具。
用户的练习课程数据可被上传到基于云的存储设备，其中能够经由桌面应用或移动应用从基于云的存储设备访问数据以供随后的查看和分析。
附图说明
现在将参照附图通过示例描述本发明。
在图中，示出了：
图1：根据本发明的高尔夫球跟踪系统的高级别图；以及
图2：根据安装在典型的练习设施处的根据本发明的高尔夫球跟踪系统的图形说明。
具体实施方式
根据本发明的高尔夫球跟踪系统包括分布式传感器和处理器系统，所述分布式传感器和处理器系统适于同时跟踪多个高尔夫球手之一击出的多个高尔夫球的轨迹。
为了能够向正确的高尔夫球手分配击球，系统还适应于跟踪高尔夫球手的位置。
该系统操作在高尔夫球训练场处，其中多个球员可以从指定区域内的任何地方击球。
该系统适于定位放置在覆盖区域内的专用目标的位置。备选地，当执行对场地的准确勘测时，可以在安装期间确定固定的目标位置。
这使得能够报告每一次击球完成的位置与指定目标相距的距离，并且还用作高尔夫球手指示其希望的瞄准方向的参考。
调频恒波(FMCW)雷达技术被用于跟踪飞行中的球。
专用ID标签(连同雷达或GNSS)被用于确定高尔夫球手的位置，可能还被用于确定目标的位置。
通过登录系统，用户可以在击球之后立即在其移动设备上查看每一次击球的详细信息。
该系统包括移动应用，所述移动应用适于包括比赛和训练辅助，以便于与其他高尔夫球手或自己竞争，以及有助于提高球员的比赛。
该系统还可以用作教练管理其球员的训练计划并跟踪提高的工具。
用户的练习课程数据被上传到基于云的存储设备，其中可以经由桌面应用或移动应用从基于云的存储设备访问数据，以供随后的查看和分析。
图1示出了高尔夫球跟踪系统的不同组件的高级别示图。注意，传感器、标签、用户、目标和飞行中的球的数量不是作为实际系统中可以存在的数量的代表，而是为了说明清楚而选择的。
图2提供了可在典型的练习设施处安装和使用的高尔夫球跟踪系统的图形说明。各个组件并不是按比例绘制的，并且其尺寸已被增大以使它们清晰可见。还要注意，各个组件的精确设计和形状因子可以改变。
(a)系统功能
建立在传感器与中央处理器之间的通信链路
中央处理器使用来自所有传感器的数据来计算飞行中的球的速度和位置以及用户(高尔夫球手)和目标的位置。为此，在传感器与中央处理器之间需要通信链路。从传感器向中央处理器发送测量到的数据，同时从处理器向传感器发送系统协调所需的命令。
确定所有传感器的相对位置
为了能够根据来自多个传感器的范围数据计算空间中的相对三维位置，需要知道传感器的位置，所述位置具有可接受的精度。获得该位置数据的确切方法仍然需要被确定。潜在的解决方案包括GNSS或多个雷达信号的多点定位。备选地，当勘测场地时，可以在安装期间精确地测量传感器位置。
确定所有用户的相对位置
为了使系统能够将计算出的球的飞行轨迹指派给正确的用户，需要知道在发球时用户的位置。在一种可能的实现中，可以使用雷达来测量在调制标签与若干传感器之间的距离。然后，中央处理器使用多点定位技术来确定用户的位置，这与用于计算飞行中的球的位置的技术类似。可以针对每个活动标签使用唯一调制代码，以便能够识别用户。备选的实施方式使用精确的相对GNSS来确定位置标记的位置。该位置标记可以或者由用户佩戴，或者被放置在用户正在击球的位置附近。
确定所有目标传感器的相对位置。
可以使用与针对用户佩戴的标签相同的原理或利用其他手段(如GNSS)来确定配备有调制标签的目标的位置。这些目标位置可以出现在移动应用上，并且可以用于各种功能，例如报告击球完成的位置与预期目标相距的距离，或允许用户指定希望的瞄准方向。
测量飞行中的球的瞬时范围和多普勒速度
传感器使用FMCW雷达来确定传感器与飞行中的球之间的距离(范围)以及球与传感器之间的相对径向速度(多普勒)。这被报告给中央处理器以计算球的飞行轨迹。
根据测量数据来构建各个飞行轨迹
中央处理器可以组合来自所有传感器的范围和速度数据，以使用多点定位和跟踪技术来构建完整的3D飞行轨迹。这些计算可以针对所有的飞行中的球并发地执行。
将各个球的飞行指派给正确的用户
当已经计算出完整的球的飞行轨迹时，可以确定其起点。通过知道所有用户的位置，可以将每个球的飞行指派给击球的用户。
测量飞行中的球的旋转速率
通过测量由雷达传感器测量的多普勒信号的调制，有可能可以提取飞行中的球的旋转速率。
计算旋转轴
通过对大气条件作出某些假设，可以根据飞行轨迹和发射条件(垂直和水平发射角、发射速度和发射旋转速率)来计算球的旋转轴。
将球的飞行数据发送给用户的移动设备
当根据传感器数据计算出飞行轨迹时，系统可以经由互联网连接将其分发给适用用户的移动设备。然后，移动应用可以使用该数据来执行各种功能。
接受并处理来自用户的输入
用户能够使用其移动设备向系统提供输入。潜在的输入包括：选择目标，以及指示希望的瞄准方向。该输入可被移动应用使用，以及还可以被系统使用(例如，用于对相对于希望的瞄准线的飞行轨迹数据进行基于云的存储)。
提供对球的飞行数据的反馈
移动应用在击球完成之后提供对球的飞行数据的即时反馈。这可以被配置为仅在设备的显示器上可视，或者通过设备的扬声器可听地读出。
为用户提供比赛和训练辅助
移动应用可以包括若干比赛、竞赛和训练辅助，以增强实践经验，并帮助测定和提高用户的技能水平。
测量和记录天气和大气条件
可以包括气象站以测量和记录诸如风力、风向、气温、湿度、气压、降水等参数。然后，这些参数可以与用户的针对特定练习课程的球的飞行数据一起记录，以使用户能够了解到不同天气条件到底如何影响其比赛。
在系统安装期间提供指导和反馈
该系统能够在安装过程中指导安装人员，以确保实现最佳的传感器定位。这可以通过设计传感器向中央处理器报告其相对位置和方位来实现。适当的传感器放置确保了系统没有任何盲点，同时最小化了所需的传感器的总数。
执行正在进行的自我诊断测试
每个传感器可以测量其自己的低级别操作参数(例如电压、电流、温度、电池电量等)并将其报告给中央处理器。通过对来自所有传感器的数据执行后处理(post-processing)，系统还可以检测是否有任何传感器正在报告错误目标或丢失它本应报告的目标。
将球的飞行数据上传到基于云的存储设备
所有计算出的球的飞行数据都被链接到特定用户的帐户，并经由互联网连接上传到基于云的存储设备。
经由互联网连接提供远程访问
这允许供应商和/或系统管理员远程连接到系统，以获得统计使用数据并监视系统的操作。
(b)硬件描述
本节提供了与用于图1所示的各种系统硬件组件的具体技术和实现有关的更多信息。
雷达传感器
在最低级别，由分布在需要覆盖的区域上的雷达传感器执行所有的范围和速度测量。基于FMCW的雷达测量离每个飞行中的球的瞬时距离(范围)(处于该特定传感器的测量范围内)、离目标的瞬时距离(范围)以及离用户佩戴的ID标签的瞬时距离(范围)。如果需要准确地确定传感器的相对位置，它们还可以测量它们与其他传感器之间的距离。每个单元都配备有GNSS接收机，以获得准确的时间参考，并帮助确定所有传感器在系统中的相对位置。
传感器可以对原始测量数据执行某种实时信号处理，作为对实际目标回波的第一次滤波，滤除噪声和杂波，以及逐个样本地基于范围和速度数据的连续性，向具体的目标回波指派索引。处理后的数据被加上时间戳并发送给中央处理器供进一步处理。备选地，可以将原始测量数据发送给中央处理器，在中央处理器中可以进行所有雷达信号处理。
针对传感器的供电可以考虑若干选项：
1、如果在传感器与中央处理器之间安装有线连接，则可以直接从中央处理器给传感器供电。
2、如果传感器是电池供电的，则存在以下选项：
a、在一天的结束时从场地中移除整个传感器，并整晚都将该传感器连接到充电器(类似于电动高尔夫球车)。作为场地设置例程的一部分，在第二天早上开放之前，所有传感器需要回到其安装位置。
b、传感器具有可拆卸的电池组，可以在每天早上更换可拆卸的电池组，或者可以在系统指示需要更换时更换可拆卸的电池组。
c、每个传感器都有其自己的用于为电池再充电的太阳能电池。
传感器的设计和安装使得它能够承受来自高尔夫球的直接撞击而不会损坏。
雷达传感器与中央处理器之间的通信是经由无线网络、使用导电电缆或使用光纤光缆来实现的。
中央处理器
中央处理器是负责计算球的飞行轨迹和管理训练场处的硬件安装的计算设备。该单元可以容纳在练习设施处的现有建筑内，或者可以集成在其自己的室外防风雨的外壳中。它配备有AC主电源和互联网连接。单独的天线杆为可选的Wi-Fi天线、用于与传感器通信的天线、以及经由移动网络提供互联网连接的天线提供升高位置。如果实现气象站，则气象站也可以位于这个杆上。
高尔夫球手ID标签或位置标记
用户佩戴唯一ID标签，其中在每个课程之前激活该唯一ID标签以便使用。标签调制并反射雷达信号，使得雷达传感器能够在确定标签的ID的同时测量离标签的距离。标签也可以被实现为位置标记，所述位置标记是用户在草皮中他正在击球的位置处竖立的。也可以使用GNSS来确定用户的位置。
目标
确定目标的位置的方法类似于针对用户位置标记所执行的方法。
目标和传感器也可以集成到单个单元中，该单个单元提供两个功能。
移动接口设备
用户能够使用智能手机或平板电脑来连接到系统。
用于离线数据分析的计算设备
具有互联网连接的、能够运行桌面应用或移动应用的任何个人计算机或移动设备可被用于访问存储在用户的帐户中的数据。
气象站
可以提供气象站，用于测量诸如风力、风向、气温、湿度、大气压力、降水等大气条件。利用与针对雷达传感器使用的协议相同的协议与中央处理器通信。
(c)软件描述
本节介绍构成系统的一部分的不同软件应用的特征，所述软件应用用作高尔夫球手、教练和操作员的用户界面。
报告的球的飞行数据
通过后续段落中描述的各种软件应用，向用户提供下述球的飞行数据：
1、飞行距离
2、与目标线的横向偏离
3、离目标的距离
4、着陆角
5、估计的滚动
6、总距离
7、顶点高度
8、总飞行时间
9、3D飞行轨迹
10、球的发射速度
11、垂直发射角度
12、发射方向
13、旋转发射速率
14、旋转轴
针对高尔夫球手的移动应用
在练习设施处，高尔夫球手经由在智能手机或平板电脑上运行的移动应用与系统进行交互。
a)基本操作
在基本操作模式下，高尔夫球手能够看到每一次击球的轨迹，并且能够接收对着陆位置的精确指示(总飞行和横向偏离)。他还可以具有使应用通过移动设备的扬声器读出每一次击球的选定数据参数的选项，例如：“飞行距离：173米、高度：33米、形状：3米斜击球”。
该应用还能够显示从高尔夫球手的当前位置到场上的每个目标的距离。
b)比赛和训练辅助
高尔夫球手可以使用若干比赛和训练辅助，以使他的练习课程更加有效和愉快，帮助他提高并跟踪他在比赛的各个方面的进展。在以下段落中总结了当前能预见的几个训练辅助。这里针对应用提供的细节仅仅是说明性的示例：
标准化测试
这是快速测试/例程，球员可以在他去场上的每一天执行该快速测试/例程。他可以用他所选择的球棒多次击球，系统然后可以对此进行记录。随着时间的流逝，他能够准确地了解利用他的球棒挥出的距离平均值是多少、以及在任何给定的一天与该平均值的偏离程度。
对这些数字的了解对于高尔夫球手是有用的，这是因为许多因素会影响他在任何给定的一天的击球距离和轨迹(球员的身体状况、风、温度、海拔高度、湿度等)。接收定期且一致的反馈允许高尔夫球手跟踪他的比赛在各种条件下的变化。除了MVP之外，还可以提供气象站，以用于记录与球的飞行数据有关的大气条件。
使用沙杆的距离控制
在若干不同的目标距离进行单次击球：40m、50m、60m、70m、80m、90m和100m。球在预期目标距离的一米内着陆获得10分，距离目标距离每远一米，减一分。球在距离目标距离超过10米外着陆，得0分。因此，满分将是70分。
使用铁杆的距离控制
这与使用沙杆的距离控制类似，但是距离增加了，包括从短铁杆的距离一直到长铁杆和混合杆的距离。
一号球杆(Driver)距离
尝试最大化一号球杆距离，同时将球保持在分配的扇形区内。
轨迹控制
该比赛挑战球员，以查看在仍然实现准确的距离控制的同时他可以多精确地调整他的击球的轨迹高度。这提高了球员在多风条件下控制其击球的能力。
成型击球
向球员挑战击打出9种不同的击球形状，并仍然使球着落在目标的指定距离内，使得随着球员技能水平的提高，它逐渐变得更具挑战性。
60次击球挑战
通过在20个不同距离各进行3次击球，对球员的比赛进行全面测试。
在高尔夫球场上比赛
可以从发球台到果岭打一场虚拟的高尔夫球赛，其中开球和近距离击球基于正在比赛的特定高尔夫球场上原本所需的实际距离。
C)排名
存在针对每次测试和挑战的在线排名系统。球员可以将他自己的技能水平与世界范围、其国家或州内、俱乐部内、个人组内等等的高尔夫球手进行比较。
如果该系统安装在重要的职业高尔夫巡回赛处的练习和热身设施处，则例如斯泰伦博斯的岱沙瑞处的球员可以在他的应用中查看“使用沙杆的距离控制”挑战的世界排名，并且看到记录的最佳分数是老虎伍兹的62。这样可以促进他去打败高尔夫球场上的超级大腕的分数。
针对教练和团队管理员的应用
由于教练和团队管理员所需的功能与高尔夫球手所需的功能不同，因此在此将其列为单独的应用。然而，它也可以仅作为相同应用的单独功能来实现。
针对教练的应用允许他们定制组/团队的练习例程，并通过在线遵循练习例程来跟踪进展。测量球员的进步是很困难的，这是因为只看他们一场的分数通常是误导性的，并且未提供关于他们在比赛各个方面表现如何的明确信息。测试和挑战的结果提供了更好的整体情况。
这个功能对于大学教练来说尤其有价值，这是因为他们不断试图弄清楚他们的球员进步如何，以及他们的优缺点。知道这一点可以使他们为每一个人规划和制定适合的训练计划。教练有能力为他的所有球员指定整个训练课程，球员可以在其移动设备上遵循训练课程。然后，他在练习课程之后获得反馈，并且可以分析球员在当天的表现并还跟踪随着时间的推移的进展。
桌面应用/网络应用
与移动应用相比，桌面应用或基于网络的应用使得有可能对练习课程数据进行进行更详细的分析。球员能够查看各种格式(图表、图形等)的历史数据，以跟踪他的比赛的各个方面的进展。
系统管理应用
向训练场设施的操作员提供管理应用。本应用的一些功能概述如下。
a)一般系统控制
这包括基本操作，如整个系统的开/关、管理无线网络属性等。
b)覆盖监控器
可以使得具有其当前传感器配置的系统的覆盖区域可见。这允许重新配置场地设置，同时仍然维持覆盖。
c)各种系统组件的健康监控
操作员能够看到哪个(如果有的话)系统组件没有按预期操作，并且可能需要被更换。这也可被用于安排预防性维护(例如更换雷达传感器电池或清洁太阳能电池板)。
d)活动用户的管理
可以通过该应用查看和管理所有活动用户标签和相关联的用户帐户。
数据导出
它被认为是使得3D的球的飞行数据可以以可导出格式用于第三方应用。这对于教练、球棒装配工、设备制造商、高尔夫模拟器和虚拟高尔夫比赛以及TV制作都是有用的。
使用案例场景
下面将典型的使用案例场景作为一系列步骤列出：
1、从适用于用户的移动设备的在线商店下载移动应用。
2、在到达练习设施时，用户从训练场操作员那接收ID标签或位置标记。每个用户接收他自己的个人标签或位置标记，只有在到达训练场时才需要在系统上注册该个人标签或位置标记。
3、用户登录到他的唯一帐户。
4、当激活时，每个标签或位置标记都有唯一ID，然后将其与用户的移动设备和帐户关联。这可以经由蓝牙或近场无线连接完成，或者通过简单地在移动应用中输入标签的号码来完成。
5、在标签与用户的帐户关联之后，用户的每一次击球都会被测量并显示在移动应用上。
6、用户可以在移动应用界面上选择要瞄准的特定目标或指示瞄准方向，用作针计算发射方向的参考。
7、如果需要，用户可以从应用提供的各种训练辅助或比赛中进行选择。
8、用户还可以遵循他的教练创建的个性化练习课程。
9、在练习课程结束之后，用户的标签将从用户帐户中去激活，并返回给训练场操作员。
10、用户可以在线访问所有记录的球的飞行数据和比赛/训练辅助结果。这可以用于后续的分析和进展跟踪。

Claims (26)

1.一种高尔夫球跟踪系统，包括分布式传感器和处理器系统，所述分布式传感器和处理器系统适于同时跟踪由多个高尔夫球手之一击出的多个高尔夫球的轨迹。
2.根据权利要求1所述的系统，适于跟踪所述高尔夫球手的位置，以使得能够向正确的高尔夫球手分配击球。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，所述系统操作在高尔夫球训练场处，在所述高尔夫球训练场中多个球员能够从指定区域内的任何地方和/或固定击球区位置击球。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，适于定位放置在覆盖区域内的专用目标的位置。
5.根据权利要求4所述的系统，适于使得能够报告每一次击球完成的位置离指定目标的距离有多远，并且还用作高尔夫球手指示其希望的瞄准方向的参考。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，使用调频恒波FMCW雷达技术来跟踪飞行中的球。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，基于从分布式雷达传感器报告的范围和多普勒，使用多点定位来确定多个目标在3D空间中的位置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，使用专用ID标签(结合雷达或GNSS)来确定所述高尔夫球手和/或目标的位置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，通过(经由互联网连接或本地无线网络)登录所述系统，用户能够在击球之后立即在其移动设备上查看每次击球的详细信息。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，包括移动应用，所述移动应用适于包括比赛和训练辅助，以便于与其他高尔夫球手或自己竞争，并且有助于提高球员的比赛。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，适于用作教练管理其球员的训练计划并跟踪提高的工具。
12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，用户的练习会话数据被上传到基于云的存储设备，其中能够经由桌面应用、移动应用或基于网络的应用从所述基于云的存储设备访问所述数据以用于随后的查看和分析。
13.一种用于跟踪高尔夫球的方法，包括步骤：通过分布式传感器和处理器系统同时跟踪由多个高尔夫球手之一击出的多个高尔夫球的轨迹。
14.根据权利要求13所述的方法，包括步骤：跟踪所述高尔夫球手的位置，以使得能够向正确的高尔夫球手分配击球。
15.根据权利要求13或14所述的方法，所述方法在高尔夫球训练场处执行，在所述高尔夫球训练场中多个球员能够从指定区域内的任何地方和/或固定击球区位置击球。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，包括步骤：定位放置在覆盖区域内的专用目标的位置。
17.根据权利要求16所述的方法，包括步骤：报告每一次击球完成的位置离指定目标的距离有多远，并且还用作高尔夫球手指示其希望的瞄准方向的参考。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，包括步骤：通过调频恒波FMCW雷达技术跟踪飞行中的球。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其中，基于从分布式雷达传感器报告的范围和多普勒，使用多点定位来确定多个目标在3D空间中的位置。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的方法，其中，专用ID标签(结合雷达或GNSS)被使用，所述方法包括步骤：确定高尔夫球手和/或目标的位置。
21.根据权利要求13至20中任一项所述的方法，其中，通过(经由互联网连接或本地无线网络)登录所述系统，用户能够在击球之后立即在其移动设备上查看每一次击球的详细信息。
22.根据权利要求13至21中任一项所述的方法，包括移动应用，所述移动应用适于包括比赛和训练辅助，以便于与其他高尔夫球手或自己竞争，并且有助于提高球员的比赛。
23.根据权利要求13至22中任一项所述的方法，适于用作教练管理其球员的训练计划并跟踪提高的工具。
24.根据权利要求13至23中任一项所述的方法，包括步骤：将用户的练习会话数据上传到基于云的存储设备，其中能够经由桌面应用或移动应用从所述基于云的存储设备访问所述数据以用于随后的查看和分析。
25.一种基本上如上文参照附图所述的高尔夫球跟踪系统。
26.一种基本上如上文参照附图所述的用于跟踪高尔夫球的方法。
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