CN108332745A - 短距离运动轨迹跟踪装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种短距离运动轨迹跟踪装置、系统及方法，所述跟踪装置包括高度计、加速度及速度测量仪、陀螺仪、电池模块及处理器，其中，高度计、加速度及速度测量仪、陀螺仪及电池模块均与处理器电连接，处理器根据高度计、加速度及速度测量仪、陀螺仪采集的被跟踪目标的高度、加速度、速度、角速度、倾角及旋转数据计算出对应的运动轨迹。本发明实施例通过采用高度计、加速度及速度测量仪、陀螺仪检测高度、角速度、速度及倾角数据，解决了没有三维的立体轨迹跟踪的问题，进而满足了人们的要求。

Description

短距离运动轨迹跟踪装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及运动轨迹跟踪技术领域，尤其涉及一种短距离运动轨迹跟踪装置、系统及方法。

背景技术

目前，运动轨迹跟踪主要为远距离运动轨迹跟踪，例如汽车移动轨迹等，随着物联网技术的广泛应用，都已经广泛进行跟踪应用。对于短距离的运动轨迹跟踪，一般是固定参照物或图像识别，进行一维或二维的简单跟踪，没有进行三维的立体轨迹跟踪，无法满足人们的要求。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种短距离运动轨迹跟踪装置、系统及方法，以使能够进行三维的短距离立体轨迹跟踪。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种短距离运动轨迹跟踪装置，包括高度计、加速度及速度测量仪、陀螺仪、电池模块及处理器，其中，高度计、加速度及速度测量仪、陀螺仪及电池模块均与处理器电连接，处理器根据高度计、加速度及速度测量仪、陀螺仪采集的被跟踪目标的高度、加速度、速度、角速度、倾角及旋转数据计算出对应的运动轨迹。

进一步地，还包括与处理器电连接，用于指示被跟踪目标的当前运动模式的指示灯。

进一步地，还包括与处理器电连接，便于用户开启/停止记录运动轨迹的按键。

相应地，本发明实施例还提供了一种短距离运动轨迹跟踪系统，包括上述的短距离运动轨迹跟踪装置，还包括用于显示运动轨迹的显示终端，所述短距离运动轨迹跟踪装置中还设有与处理器电连接的通信模块，所述显示终端通过所述通信模块信号与短距离运动轨迹跟踪装置连接。

进一步地，所述通信模块为蓝牙模块、超宽带模块、2.4G模块、5.8G模块、 Zigbee模块及WIFI模块中的一种或多种。

相应地，本发明实施例还提供了一种短距离运动轨迹跟踪方法，包括：

步骤1：以被跟踪目标当前位置为起始坐标原点，以预设的采集频率f采集目标的高度、加速度、速度、角速度、倾角及旋转数据；

步骤2：对采集的数据进行傅里叶变换，再进行高通滤波，得到滤波后的高度、加速度、速度、角速度、倾角及旋转数据；

步骤3：采用下式计算出第n次采样与第n+1次采样时目标的变化高度：

Z＝Z_n+1-Z_n；其中，n为自然数，Z_n为滤波后的第n次采样的高度数据，Z_n+1为滤波后的第n+1次的高度数据；

步骤4：采用预设的积分法对滤波后的加速度数据进行积分，根据积分值计算得到目标x、y、z轴的位移变化值；

步骤5：实时根据目标的变化高度对目标x、y、z轴的位移变化值实时进行校准，得到校准后的x、y、z轴的位移变化值；

步骤6：根据校准后的位移变化值及旋转数据绘出运动轨迹。

进一步地，所述步骤6之前还包括：

旋转计算步骤：通过滤波后的旋转数据判断目标是否有发生旋转，如果是，则加入旋转数据计算得出运动轨迹。

本发明实施例通过提出一种短距离运动轨迹跟踪装置、系统及方法，所述跟踪装置包括高度计、加速度及速度测量仪、陀螺仪、电池模块及处理器，通过采用高度计、加速度及速度测量仪及陀螺仪检测高度、角速度、速度及倾角数据，解决了没有三维的立体轨迹跟踪的问题，进而满足了人们的要求。

附图说明

图1是本发明实施例的短距离运动轨迹跟踪装置的结构示意图。

图2是本发明实施例的短距离运动轨迹跟踪系统的结构示意图。

图3是本发明实施例的短距离运动轨迹跟踪方法的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例中若有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

请参照图1，本发明实施例的短距离运动轨迹跟踪装置主要包括高度计、加速度及速度测量仪、陀螺仪、电池模块及处理器。

高度计、加速度及速度测量仪、陀螺仪及电池模块均与处理器电连接，处理器根据高度计、加速度及速度测量仪、陀螺仪采集的被跟踪目标的高度、加速度、速度、角速度、倾角及旋转数据计算出对应的运动轨迹。例如，处理器可采用Nordic Semiconductors公司的NRF52832芯片，具有高处理能力特点，支持蓝牙、2.4G、ZigBee等无线技术，以及闪存和RAM存储器。

作为一种实施方式，短距离运动轨迹跟踪装置还包括与处理器电连接，用于指示被跟踪目标的当前运动模式的指示灯。

作为一种实施方式，短距离运动轨迹跟踪装置还包括与处理器电连接，便于用户开启/停止记录运动轨迹的按键。此外，按键还用于复位，将当前记录的数据清零，重新记录。

请参照图2，本发明实施例的短距离运动轨迹跟踪系统包括短距离运动轨迹跟踪装置及对应的显示终端。

显示终端用于显示运动轨迹，显示终端可以为手机、电脑、智能电视等。短距离运动轨迹跟踪装置中还设有与处理器电连接的通信模块，显示终端通过所述通信模块信号与短距离运动轨迹跟踪装置连接。

作为一种实施方式，通信模块为蓝牙模块、超宽带模块、2.4G模块、5.8G 模块、Zigbee模块及WIFI模块中的一种或多种。短距离运动轨迹跟踪装置通过通信模块信号将数据上传至显示终端。

请参照图3，本发明实施例的短距离运动轨迹跟踪方法包括步骤1～步骤6. 本发明实施例的短距离运动轨迹跟踪方法应用于短距离运动轨迹跟踪装置或显示终端中。

步骤1：以被跟踪目标当前位置为起始坐标原点，以预设的采集频率f采集目标的高度、加速度、速度、角速度、倾角及旋转数。例如采集频率f为1000 赫兹，则每0.001秒采集一次；采集频率越高，运动轨迹跟踪精度越高。

步骤2：对采集的数据进行傅里叶变换，再进行高通滤波，得到滤波后的高度、加速度、速度、角速度、倾角及旋转数据。本发明实施例通过高通滤波去除噪声，提供所采集的数据精度，使本发明实施例的运动轨迹跟踪更加准确。

步骤3：采用下式计算出第n次采样与第n+1次采样时目标的变化高度：

Z＝Z_n+1-Z_n；其中，n为自然数，Z_n为滤波后的第n次采样的高度数据，Z_n+1为滤波后的第n+1次的高度数据。

步骤4：采用预设的积分法对滤波后的加速度数据进行积分，根据积分值计算得到目标x、y、z轴的位移变化值。例如，可采用下式进行计算位移变化值：

s_x＝a_xt²÷2；

s_y＝a_yt²÷2；

s_z＝a_zt²÷2；

其中，a_x、a_y、a_z分别为积分得到周期t内的x、y、z轴方向的加速度， s_x、s_y、s_z分别为目标x、y、z轴的位移变化值。例如，预设的积分法采用时域积分法、频域积分法等积分法，由于加速度在变化，所以最终通过积分确定并修正，得到一个周期内的加速度值。具体实施时，本发明实施例还可以通过滤波后的速度数据积分计算目标x、y、z轴的位移变化值。

步骤5：实时根据目标的变化高度对目标x、y、z轴的位移变化值实时进行校准，得到校准后的x、y、z轴的位移变化值。校准计算公式为：

s_z′＝Z；

s_x′、s_y′、s_z′分别为校准后的x、y、z轴的位移变化值。

本发明实施例以高度计采集的精度高的垂直方向的高度数据为基准，对目标x、y轴方向的位移变化值进行调整，提高了运动轨迹跟踪的精度，使本发明实施例绘出的运动轨迹更加精准(目前使用常规的高度计，精度即可达到厘米级)。

步骤6：根据校准后的位移变化值及旋转数据绘出运动轨迹。

作为一种实施方式，步骤6之前还包括：

旋转计算步骤：通过滤波后的旋转数据判断目标是否有发生旋转，如果是，则加入旋转数据计算得出运动轨迹。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (7)

1.一种短距离运动轨迹跟踪装置，其特征在于，包括高度计、加速度及速度测量仪、陀螺仪、电池模块及处理器，其中，高度计、加速度及速度测量仪、陀螺仪及电池模块均与处理器电连接，处理器根据高度计、加速度及速度测量仪、陀螺仪采集的被跟踪目标的高度、加速度、速度、角速度、倾角及旋转数据计算出对应的运动轨迹。

2.如权利要求1所述的短距离运动轨迹跟踪装置，其特征在于，还包括与处理器电连接，用于指示被跟踪目标的当前运动模式的指示灯。

3.如权利要求1所述的短距离运动轨迹跟踪装置，其特征在于，还包括与处理器电连接，便于用户开启/停止记录运动轨迹的按键。

4.一种短距离运动轨迹跟踪系统，其特征在于，包括如权利要求1-3中任一项所述的短距离运动轨迹跟踪装置，还包括用于显示运动轨迹的显示终端，所述短距离运动轨迹跟踪装置中还设有与处理器电连接的通信模块，所述显示终端通过所述通信模块信号与短距离运动轨迹跟踪装置连接。

5.如权利要求4所述的短距离运动轨迹跟踪系统，其特征在于，所述通信模块为蓝牙模块、超宽带模块、2.4G模块、5.8G模块、Zigbee模块及WIFI模块中的一种或多种。

6.一种短距离运动轨迹跟踪方法，其特征在于，包括：

步骤1：以被跟踪目标当前位置为起始坐标原点，以预设的采集频率f采集目标的高度、加速度、速度、角速度、倾角及旋转数据；

步骤2：对采集的数据进行傅里叶变换，再进行高通滤波，得到滤波后的高度、加速度、速度、角速度、倾角及旋转数据；

步骤3：采用下式计算出第n次采样与第n+1次采样时目标的变化高度：

Z＝Z_n+1-Z_n；其中，n为自然数，Z_n为滤波后的第n次采样的高度数据，Z_n+1为滤波后的第n+1次的高度数据；

步骤4：采用预设的积分法对滤波后的加速度数据进行积分，根据积分值计算得到目标x、y、z轴的位移变化值；

步骤5：实时根据目标的变化高度对目标x、y、z轴的位移变化值实时进行校准，得到校准后的x、y、z轴的位移变化值；

步骤6：根据校准后的位移变化值及旋转数据绘出运动轨迹。

7.如权利要求6所述的短距离运动轨迹跟踪方法，其特征在于，所述步骤6之前还包括：

旋转计算步骤：通过滤波后的旋转数据判断目标是否有发生旋转，如果是，则加入旋转数据计算得出运动轨迹。