CN113191557B - 一种铁饼飞行距离预测方法及智能铁饼 - Google Patents

一种铁饼飞行距离预测方法及智能铁饼 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铁饼飞行距离预测方法，通过内置于铁饼中质心位置的陀螺仪传感器，针对铁饼全程投掷过程中的加速度、角速度、角度进行实时采集，并结合陀螺仪传感器所在坐标系与大地坐标系之间的转换关系，实现铁饼加速度时序集合A、速度时序集合V、以及倾角时序集合J的获得，据此结合预设状态阈值，检测获得铁饼投掷出手的阶段，由此阶段的检测数据，应用具体所设计公式，实现铁饼整个飞行距离的准确预测，并且预测过程还考虑到投掷手的身高因素，进一步提升了飞行距离预测的准确性；并且在实际中，将此方法应用于具体的铁饼产品上，即智能铁饼，最大限度保持原有铁饼外观，在不影响铁饼正常使用的情况下，实现各种环境下铁饼投掷距离的准确预测。

Description

一种铁饼飞行距离预测方法及智能铁饼
技术领域
本发明涉及一种铁饼飞行距离预测方法及智能铁饼，属于产品智能化技术领域。
背景技术
铁饼是一项体育竞技运动，由运动员针对铁饼进行投掷，关于铁饼的飞行过程，分析如下几方面，1、铁饼在飞行中受到重力、空气动力的作用，室内或无风情况下，空气阻力相对于重力可以忽略不计，其飞行距离与铁饼出手时的速度、角度、以及自转角速度等初始条件密切相关；2、铁饼的飞行过程中在其他飞行初始条件相对不变的情况下，铁饼初速度与铁饼飞行距离基本上为正相关关系，因此提高铁饼的初速度是提高铁饼飞行远度的最重要条件，即使其他条件达到最佳组合，铁饼也不可能飞行较远；3、合理的出手角度对取得优异的成绩起着关键作用；4、出手高度也对投掷成绩有一定影响，但影响有限，运动员不可能通过大幅提高出手高度来提高成绩，因此，运动员的出手高度应保持一个适宜的范围即可；5、自转速度是指铁饼出手时围绕其质心垂直轴旋转的角速度，铁饼在飞行时保持一定的自转，可维持其飞行的稳定性，获得最佳空气动力参数，从而飞的较远；6、由于铁饼自转的马格努斯效应，铁饼的飞行轨迹会向右偏航，但因铁饼形状扁平，马格努斯力比较小，故马格努斯效应对铁饼轨迹的影响并不明显。
由上可知铁饼的飞行过程受到各方面因素的影响，而铁饼的飞行距离是竞技中的决定性结果，因此铁饼运动员需要接受大量的训练，方可提高其竞技水平，但是实际训练中，飞行距离意味着需要有足够大的场地区域，因此铁饼的投掷训练受到场地的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种铁饼飞行距离预测方法，应用侦测预测设计思想，能够在受到场地限制约束的情况下，准确预测获得铁饼的飞行距离，提高铁饼的训练效率。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种铁饼飞行距离预测方法，通过内置于铁饼中质心位置的陀螺仪传感器，针对铁饼的全程投掷过程，执行如下步骤A至步骤H，实现铁饼投掷距离的预测；
步骤A.针对铁饼的全程投掷过程，获得铁饼在全程各时间点分别对应陀螺仪传感器所在坐标系三轴方向的加速度a″′x、a″′y、a″′z，以及各方向加速度分别对应陀螺仪传感器所在坐标系中三轴的欧拉角X、Y、Z，然后进入步骤B；
步骤B.根据铁饼在全程各时间点的加速度a″′x、a″′y、a″′z，以及各方向加速度分别对应的欧拉角X、Y、Z，获得铁饼在全程各时间点分别对应大地坐标系三轴方向的加速度ax、ay、az，然后进入步骤C；
步骤C.根据铁饼在全程各时间点分别对应大地坐标系三轴方向的加速度ax、ay、az，获得铁饼在全程各时间点的综合加速度a，构成加速度时序集合A，然后进入步骤D；
步骤D.铁饼在全程各时间点的综合加速度a，结合铁饼在全程投掷过程中第一时间点的速度0，依次获得铁饼分别对应全程投掷过程各时间点的速度v、以及铁饼分别对应该各时间点的位移ΔS，且由铁饼分别对应全程投掷过程各时间点的速度v，构成速度时序集合V，然后进入步骤E；
步骤E.根据铁饼在全程各时间点对应陀螺仪传感器所在坐标系各加速度a″′x、a″′y分别对应的欧拉角X、Y，获得铁饼在全程各时间点的水平体轴平面分别与水平面之间的倾角β，构成倾角时序集合J，然后进入步骤F；
步骤F.根据加速度时序集合A，选取满足预设加速度增幅比例阈值、且对应速度时序集合V所获速度最大的加速度时序段，并由该加速度时序段的起始时间点起、沿时序方向，选择同时满足速度时序集合V中各数据、倾角时序集合J中各数据分别分布于各预设阈值范围内的预设数量个时间点，作为各个待处理时间点，然后进入步骤G；
步骤G.根据速度时序集合V、倾角时序集合J，获得各个待处理时间点分别所对应速度的平均值vavg，以及获得各个待处理时间点分别所对应倾角的平均值βavg，然后进入步骤H；
步骤H.根据如下公式：
D＝(vavg)2·sin(2βavg)/g
获得铁饼的预设投掷距离D，实现铁饼投掷距离的预测。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤B中，分别针对铁饼全程投掷过程中的各个时间点，根据铁饼在时间点的加速度a″′x、a″′y、a″′z，以及各方向加速度分别对应陀螺仪传感器所在坐标系中三轴的欧拉角X、Y、Z，按如下公式：
ax＝cos Z cos Y×a″′x+(cos Z sin Y sin X-sin Z cos X)×a″′y+(sin Z sinX+cos Z sin Y cos X)×a″′z
ay＝sin Z cos Y×a″′x+(cos Z cos X+sin Z sin Y sin X)×a″′y+(sin Z sinY cos X-cos Z sin X)×a″′z
az＝-sin Y×a″′x+cos Y sin X×a″′y+cos Y cos X×a″′z
获得铁饼在该时间点分别对应大地坐标系三轴方向的加速度ax、ay、az，进而获得铁饼在全程各时间点分别对应大地坐标系三轴方向的加速度ax、ay、az，然后进入步骤C。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤C中，分别针对铁饼全程投掷过程中的各个时间点，根据铁饼在时间点分别对应大地坐标系三轴方向的加速度ax、ay、az，依次通过平方和、以及开平方的方式，计算获得铁饼在该时间点的综合加速度a；进而获得铁饼在全程各时间点的综合加速度a，构成加速度时序集合A，然后进入步骤D。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤D包括如下步骤D1至步骤D3；
步骤D1.根据铁饼在全程各时间点的综合加速度a，通过相邻综合加速度之间差值、与相邻时间点之间时长的比值，获得相邻综合加速度之间的加速度变化率k，然后进入步骤D2；
步骤D2.根据铁饼在全程投掷过程中第一时间点的速度0，由铁饼全程投掷过程中的第二时间点起，依次针对各时间点，分别执行如下步骤D2-1至步骤D2-2，获得铁饼对应时间点的速度v、位移ΔS；进而获得铁饼分别对应全程投掷过程各时间点的速度v、以及铁饼分别对应该各时间点的位移ΔS，然后进入步骤D3；
步骤D2-1.按如下公式：
获得铁饼对应时间点的速度v，然后进入步骤D2-2，其中，vs表示铁饼对应相邻上一时间点的速度，as表示铁饼对应相邻上一时间点的综合加速度，k表示铁饼对应相邻上一时间点至当前时间点之间的加速度变化率，t表示相邻时间点之间的时间差；
步骤D2-2.按如下公式：
获得铁饼对应该时间点的位移ΔS；
步骤D3.根据铁饼分别对应全程投掷过程各时间点的速度v，构成速度时序集合V，然后进入步骤E。
作为本发明的一种优选技术方案：所属步骤E中，分别针对铁饼全程投掷过程中的各个时间点，根据铁饼在全程各时间点对应陀螺仪传感器所在坐标系各加速度a″′x、a″′y分别对应的欧拉角X、Y，按如下公式：
β＝arccos(cos X·cos Y)
获得铁饼在该时间点的水平体轴平面与水平面之间的倾角β，构成倾角时序集合J，然后进入步骤F。
作为本发明的一种优选技术方案：所属步骤H中，根据低于铁饼投掷者身高预设落差高度的高度h，按如下公式：
D＝vavg·h·cot(βavg)+[(vavg)2·sin(2βavg)/g]
获得铁饼的预设投掷距离D，实现铁饼投掷距离的预测。
与上述相对应，本发明应用所设计铁饼飞行距离预测方法，进一步设计了基于此方法的智能铁饼，将设计方法落实于实际铁饼产品上，最大限度保持原有铁饼外观，在不影响铁饼正常使用的情况下，实现各种环境下铁饼投掷距离的准确预测。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种铁饼飞行距离预测方法的智能铁饼，在铁饼中质心位置设置陀螺仪传感器的同时，还包括设置于质心位置的微控制器、电源、数据通信模块，其中，电源分别与各用电设备相连，并对其进行供电，陀螺仪传感器与数据通信模块分别与微控制器相连接，微控制器接收来自陀螺仪传感器的检测数据，并由微控制器针对所接收检测数据，执行所述步骤A至步骤H的数据处理，获得铁饼投掷距离的预测结果，再经过数据通信模块实现预测结果的发送。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括位于铁饼之外的外置显示装置，所述位于铁饼中的微处理器经数据通信模块与外置显示装置相连通信，用于实现对铁饼投掷距离预测结果的显示。
作为本发明的一种优选技术方案：所述陀螺仪传感器为九轴陀螺仪传感器。
本发明所述一种铁饼飞行距离预测方法及智能铁饼，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明所设计一种铁饼飞行距离预测方法，通过内置于铁饼中质心位置的陀螺仪传感器，针对铁饼全程投掷过程中的加速度、角速度、角度进行实时采集，并结合陀螺仪传感器所在坐标系与大地坐标系之间的转换关系，实现铁饼加速度时序集合A、速度时序集合V、以及倾角时序集合J的获得，据此结合预设状态阈值，检测获得铁饼投掷出手的阶段，由此阶段的检测数据，应用具体所设计公式，实现铁饼整个飞行距离的准确预测，并且预测过程还考虑到投掷手的身高因素，进一步提升了飞行距离预测的准确性；并且在实际中，将此方法应用于具体的铁饼产品上，即智能铁饼，最大限度保持原有铁饼外观，在不影响铁饼正常使用的情况下，实现各种环境下铁饼投掷距离的准确预测。
附图说明
图1是本发明设计中关于陀螺仪传感器所在坐标系与大地坐标系之间转换的原理示意一图；
图2是本发明设计中关于陀螺仪传感器所在坐标系与大地坐标系之间转换的原理示意二图；
图3是本发明设计中关于陀螺仪传感器所在坐标系与大地坐标系之间转换的原理示意三图；
图4是本发明设计中关于铁饼水平体轴平面与水平面之间的倾角计算的原理示意图；
图5是本发明设计中关于铁饼水平体轴平面与水平面之间的倾角计算的原理示意简化图；
图6是本发明所设计实现铁饼飞行距离预测方法的智能铁饼的模块示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
陀螺仪传感器有其自己的一个坐标系，可以测量在该坐标系之内的加速度、角度、角速度XYZ三轴共9个数据，我们将陀螺仪传感器平贴在飞盘上，记录飞盘出手、以及飞行中多个时刻的数据，记录精度可以是50-200个/秒。
采集到陀螺仪传感器xyz轴上加速度的数据，正负根据右手法则确定；采集到的欧拉角表示的是陀螺仪传感器分别以xyz轴为轴心所旋转的角度，正负由右手法则来确定。我们希望通过对陀螺仪传感器以上数据的读取，经过下述公式的计算，得出飞盘飞行当中某一时刻的速度值和角度值。经过计算，我们先进行陀螺仪传感器的坐标系与大地坐标系的转换如下
欧拉角的旋转顺序是ZYX，即先绕Z轴旋转Z角度，再绕Y轴旋转Y角度，最后再绕X轴旋转X角度，旋转方向按右手定则规定正负。旋转顺序对旋转后的坐标有重大影响，不同的旋转顺序对导致不同的结果。
设大地坐标系为XYZ，第一次绕Z轴旋转Z角度，旋转后得到坐标系为X’Y’Z’，Z轴和Z’轴重合，由图1所示，可得坐标变换前后加速度的对应关系：
(4)在(3)的基础上，再绕Y轴旋转Y角度，旋转后得到坐标系为X”Y”Z”，Y’轴和Y”轴重合，由图图2所示，可得坐标变换前后加速度的对应关系：
(5)在(4)的基础上，再绕X轴旋转X角度，旋转后得到坐标系为X”’Y”’Z”’，X”轴和X”’轴重合，由3所示，可得坐标变换前后加速度的对应关系：
根据以上计算公式，将(5)式带入(4)式，再将结果带入(3)式，可得：
ax＝cos Z cos Y×a″′x+(cos Z sin Y sin X-sin Z cos X)×a″′y+(sin Z sinX+cos Z sin Y cos X)×a″′z
ay＝sin Z cos Y×a″′x+(cos Z cos X+sin Z sin Y sin X)×a″′y+(sin Z sinY cos X-cos Z sin X)×a″′z
az＝-sin Y×a″′x+cos Y sin X×a″′y+cos Y cos X×a″′z
本发明设计了一种铁饼飞行距离预测方法，通过内置于铁饼中质心位置的陀螺仪传感器，在实际室外无风环境或室内环境下进行应用，针对铁饼的全程投掷过程，执行如下步骤A至步骤H，实现铁饼投掷距离的预测。
步骤A.针对铁饼的全程投掷过程，获得铁饼在全程各时间点分别对应陀螺仪传感器所在坐标系三轴方向的加速度a″′x、a″′y、a″′z，以及各方向加速度分别对应陀螺仪传感器所在坐标系中三轴的欧拉角X、Y、Z，然后进入步骤B。
步骤B.根据铁饼在全程各时间点的加速度a″′x、a″′y、a″′z，以及各方向加速度分别对应的欧拉角X、Y、Z，获得铁饼在全程各时间点分别对应大地坐标系三轴方向的加速度ax、ay、az，然后进入步骤C。
实际应用中，上述步骤B中，具体分别针对铁饼全程投掷过程中的各个时间点，根据铁饼在时间点的加速度a″′x、a″′y、a″′z，以及各方向加速度分别对应陀螺仪传感器所在坐标系中三轴的欧拉角X、Y、Z，按如下公式：
ax＝cos Z cos Y×a″′x+(cos Z sin Y sin X-sin Z cos X)×a″′y+(sin Z sinX+cos Z sin Y cos X)×a″′z
ay＝sin Z cos Y×a″′x+(cos Z cos X+sin Z sin Y sin X)×a″′y+(sin Z sinY cos X-cos Z sin X)×a″′z
az＝-sin Y×a″′x+cos Y sin X×a″′y+cos Y cos X×a″′z
获得铁饼在该时间点分别对应大地坐标系三轴方向的加速度ax、ay、az，进而获得铁饼在全程各时间点分别对应大地坐标系三轴方向的加速度ax、ay、az，然后进入步骤C。
步骤C.分别针对铁饼全程投掷过程中的各个时间点，根据铁饼在时间点分别对应大地坐标系三轴方向的加速度ax、ay、az，依次通过平方和、以及开平方的方式，计算获得铁饼在该时间点的综合加速度a；进而获得铁饼在全程各时间点的综合加速度a，构成加速度时序集合A，然后进入步骤D。
步骤D.铁饼在全程各时间点的综合加速度a，结合铁饼在全程投掷过程中第一时间点的速度0，依次获得铁饼分别对应全程投掷过程各时间点的速度v、以及铁饼分别对应该各时间点的位移ΔS，且由铁饼分别对应全程投掷过程各时间点的速度v，构成速度时序集合V，然后进入步骤E。
针对上述步骤D进行具体介绍，包括如下步骤D1至步骤D3。
步骤D1.根据铁饼在全程各时间点的综合加速度a，通过相邻综合加速度之间差值、与相邻时间点之间时长的比值，获得相邻综合加速度之间的加速度变化率k，然后进入步骤D2。
步骤D2.根据铁饼在全程投掷过程中第一时间点的速度0，由铁饼全程投掷过程中的第二时间点起，依次针对各时间点，分别执行如下步骤D2-1至步骤D2-2，获得铁饼对应时间点的速度v、位移ΔS；进而获得铁饼分别对应全程投掷过程各时间点的速度v、以及铁饼分别对应该各时间点的位移ΔS，然后进入步骤D3。
步骤D2-1.按如下公式：
获得铁饼对应时间点的速度v，然后进入步骤D2-2，其中，vs表示铁饼对应相邻上一时间点的速度，as表示铁饼对应相邻上一时间点的综合加速度，k表示铁饼对应相邻上一时间点至当前时间点之间的加速度变化率，t表示相邻时间点之间的时间差。
步骤D2-2.按如下公式：
获得铁饼对应该时间点的位移ΔS。
步骤D3.根据铁饼分别对应全程投掷过程各时间点的速度v，构成速度时序集合V，然后进入步骤E。
角度问题的本质可以用欧拉角的三个量来表示，欧拉角确定了，物体在大地坐标系中的姿态就确定了，陀螺仪传感器测量xyz三个轴的旋转过程，是可以对应到欧拉角的，可以理解为使物体达到某一组欧拉角所进行的变换过程。
飞盘与水平地面的倾斜角度即为飞盘所在平面的法线与水平面法线之间的角度，即为z”’轴和z轴之间的夹角。
(1)在进行欧拉角变换过程中，第一次绕Z轴旋转Z角度，旋转后得到坐标系为X’Y’Z’，Z轴和Z’轴重合，即z’和z轴夹角为0。
(2)第二次变换：绕Y轴旋转Y角度，旋转后得到坐标系为X”Y”Z”，Y’轴和Y”轴重合，z”轴和z’轴夹角为Y，即z”轴和z轴夹角为Y。
(3)第三次变换：绕X轴旋转X角度，旋转后得到坐标系为X”’Y”’Z”’，X”轴和X”’轴重合，z”’轴与z”轴所在的平面垂直于z”和z’轴平面，可得出如图4所示，图中∠A即为所求倾斜角，对图4简化并标注节点号，如图5所示，平面OZ”Z”’垂直于平面OZ’Z”，在z”’轴上取一点A，做A点做垂直于OZ”线的垂线交于C点，在OZ’Z”平面上，过C点做垂直于OZ”线的垂线交OZ’与B点，过C点做垂直于OB的垂线交于D点，连接AD。
平面OAC垂直于平面OBC，AC垂直于两平面交线OC，故AC垂直于平面OBC，因此AC也垂直于OD，OD垂直于CD，可知OD垂直于平面ACD，故OD垂直于AD，∠AOC为∠X，∠BOC为∠Y，∠AOD为所求倾角。
OD＝OC×cos Y
∠AOD＝arccos(cos X cos Y)
因此基于上述步骤A至步骤D的执行，继续执行如下步骤E。
步骤E.分别针对铁饼全程投掷过程中的各个时间点，根据铁饼在全程各时间点对应陀螺仪传感器所在坐标系各加速度a″′x、a″′y分别对应的欧拉角X、Y，按如下公式：
β＝arccos(cos X·cos Y)
获得铁饼在该时间点的水平体轴平面与水平面之间的倾角β，构成倾角时序集合J，然后进入步骤F。
步骤F.根据加速度时序集合A，选取满足预设加速度增幅比例阈值、且对应速度时序集合V所获速度最大的加速度时序段，并由该加速度时序段的起始时间点起、沿时序方向，选择同时满足速度时序集合V中各数据、倾角时序集合J中各数据分别分布于各预设阈值范围内的预设数量个时间点，作为各个待处理时间点，然后进入步骤G。
上述步骤F中，所述选择同时满足速度时序集合V中各数据、倾角时序集合J中各数据分别分布于各预设阈值范围内的预设数量个时间点，在实际应用中，诸如设计选择同时满足速度时序集合V中各数据分布于17-26、倾角时序集合J中各数据分布于30-45的3-5个时间点，作为各个待处理时间点。
步骤G.根据速度时序集合V、倾角时序集合J，获得各个待处理时间点分别所对应速度的平均值vavg，以及获得各个待处理时间点分别所对应倾角的平均值βavg，然后进入步骤H。
步骤H.根据如下公式：
D＝(vavg)2·sin(2βavg)/g (1)
获得铁饼的预设投掷距离D，实现铁饼投掷距离的预测。
实际应用当中，除了可以应用上述公式(1)进行计算，实现铁饼投掷距离的预测，实际应用中，进一步设计考虑铁饼投掷者的身高，还可以应用如下公式(2)进行计算，实现铁饼投掷距离的预测。
D＝vavg·h·cot(βavg)+[(vavg)2·sin(2βavg)/g] (2)
将上述技术方案所设计的铁饼飞行距离预测方法落实于具体的实际产品上，即构成一款智能铁饼，如图6所示，在铁饼中质心位置设置陀螺仪传感器的同时，进一步设计包括设置于质心位置的微控制器、电源、数据通信模块，其中，电源分别与各用电设备相连，并对其进行供电，陀螺仪传感器与数据通信模块分别与微控制器相连接，微控制器接收来自陀螺仪传感器的检测数据，并由微控制器针对所接收检测数据，执行所述步骤A至步骤H的数据处理，获得铁饼投掷距离的预测结果，再经过数据通信模块实现预测结果的发送。
关于上述关于智能铁饼的产品结构化设计外，本发明进一步设计位于铁饼之外的外置显示装置，所述位于铁饼中的微处理器经数据通信模块与外置显示装置相连通信，用于实现对铁饼投掷距离预测结果的显示；并且在实际应用中，选用九轴陀螺仪传感器，实现更高精度的数据采集工作，进而保证铁饼飞行距离的预测，此外在实际应用中，还可以为此设计的智能铁饼，内置无线充电装置，即在实际使用中，可以在不打开铁饼内部结构的情况下，通过无线充电的方式针对铁饼内部的电源进行充电。
上述技术方案所设计铁饼飞行距离预测方法，通过内置于铁饼中质心位置的陀螺仪传感器，针对铁饼全程投掷过程中的加速度、角速度、角度进行实时采集，并结合陀螺仪传感器所在坐标系与大地坐标系之间的转换关系，实现铁饼加速度时序集合A、速度时序集合V、以及倾角时序集合J的获得，据此结合预设状态阈值，检测获得铁饼投掷出手的阶段，由此阶段的检测数据，应用具体所设计公式，实现铁饼整个飞行距离的准确预测，并且预测过程还考虑到投掷手的身高因素，进一步提升了飞行距离预测的准确性；并且在实际中，将此方法应用于具体的铁饼产品上，即智能铁饼，最大限度保持原有铁饼外观，在不影响铁饼正常使用的情况下，实现各种环境下铁饼投掷距离的准确预测，在室内使用的好处是解决只能看技术动作而不知投掷距离的问题，并且迅速高效；在室外无风使用的好处是速知结果，省去了手工皮尺测量的低效和麻烦；大大提高训练效率和训练强度。
本发明所设计铁饼飞行距离预测方法及智能铁饼，是为了解决与克服铁饼飞行距离受场地制约的现有技术缺点，即诸如场地较小，铁饼被投掷出去与障碍物发生碰撞，即受到障碍物的阻挡，致使铁饼无法完整飞行，因而无法测量此次投掷应飞行的距离与路径，而本发明所设计方法与产品的出现，随即解决了此不足，基于内置陀螺仪传感器对全程的实时采集数据，通过多维因素的综合考量，比较判断出其中属于投掷出手阶段的过程，由此阶段实现对铁饼全程飞行距离的预测，即使铁饼与障碍物碰撞跌落，通过本发明设计，依旧可以准确获知此次投掷动作为铁饼带来的飞行距离；此外本发明设计不仅适用于场地局限的情况，对于场地足够的情况，实际应用中，依然可以应用本发明设计，在不进行实地测距的情况下，即可通过所设计距离预测的方式，快速获得铁饼飞行距离，因此本发明所设计不仅能够克服现有的不足，还能提高实际的训练效率，实现各种环境下铁饼投掷距离的准确预测。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种铁饼飞行距离预测方法，其特征在于：通过内置于铁饼中质心位置的陀螺仪传感器，针对铁饼的全程投掷过程，执行如下步骤A至步骤H，实现铁饼投掷距离的预测；
步骤A.针对铁饼的全程投掷过程，获得铁饼在全程各时间点分别对应陀螺仪传感器所在坐标系三轴方向的加速度a″′x、a″′y、a″′z，以及各方向加速度分别对应陀螺仪传感器所在坐标系中三轴的欧拉角X、Y、Z，然后进入步骤B；
步骤B.根据铁饼在全程各时间点的加速度a″′x、a″′y、a″′z，以及各方向加速度分别对应的欧拉角X、Y、Z，获得铁饼在全程各时间点分别对应大地坐标系三轴方向的加速度ax、ay、az，然后进入步骤C；
步骤C.根据铁饼在全程各时间点分别对应大地坐标系三轴方向的加速度ax、ay、az，获得铁饼在全程各时间点的综合加速度a，构成加速度时序集合A，然后进入步骤D；
步骤D.铁饼在全程各时间点的综合加速度a，结合铁饼在全程投掷过程中第一时间点的速度0，依次获得铁饼分别对应全程投掷过程各时间点的速度v、以及铁饼分别对应该各时间点的位移ΔS，且由铁饼分别对应全程投掷过程各时间点的速度v，构成速度时序集合V，然后进入步骤E；
步骤E.根据铁饼在全程各时间点对应陀螺仪传感器所在坐标系各加速度a″′x、a″′y分别对应的欧拉角X、Y，获得铁饼在全程各时间点的水平体轴平面分别与水平面之间的倾角β，构成倾角时序集合J，然后进入步骤F；
步骤F.根据加速度时序集合A，选取满足预设加速度增幅比例阈值、且对应速度时序集合V所获速度最大的加速度时序段，并由该加速度时序段的起始时间点起、沿时序方向，选择同时满足速度时序集合V中各数据、倾角时序集合J中各数据分别分布于各预设阈值范围内的预设数量个时间点，作为各个待处理时间点，然后进入步骤G；
步骤G.根据速度时序集合V、倾角时序集合J，获得各个待处理时间点分别所对应速度的平均值vavg，以及获得各个待处理时间点分别所对应倾角的平均值βavg，然后进入步骤H；
步骤H.根据如下公式：
D＝(vavg)2·sin(2βavg)/g
获得铁饼的预设投掷距离D，实现铁饼投掷距离的预测。
2.根据权利要求1所述一种铁饼飞行距离预测方法，其特征在于：所述步骤B中，分别针对铁饼全程投掷过程中的各个时间点，根据铁饼在时间点的加速度a″′x、a″′y、a″′z，以及各方向加速度分别对应陀螺仪传感器所在坐标系中三轴的欧拉角X、Y、Z，按如下公式：
ax＝cosZ cosY×a″′x+(cosZ sinY sinX-sinZ cosX)×a″′y+(sinZ sinX+cosZ sinYcosX)×a″′z
ay＝sinZ cosY×a″′x+(cosZ cosX+sinZ sinY sinX)×a″′y+(sinZ sinY cosX-cosZsinX)×a″′z
az＝-sinY×a″′x+cosY sinX×a″′y+cosY cosX×a″′z
获得铁饼在该时间点分别对应大地坐标系三轴方向的加速度ax、ay、az，进而获得铁饼在全程各时间点分别对应大地坐标系三轴方向的加速度ax、ay、az，然后进入步骤C。
3.根据权利要求1所述一种铁饼飞行距离预测方法，其特征在于：所述步骤C中，分别针对铁饼全程投掷过程中的各个时间点，根据铁饼在时间点分别对应大地坐标系三轴方向的加速度ax、ay、az，依次通过平方和、以及开平方的方式，计算获得铁饼在该时间点的综合加速度a；进而获得铁饼在全程各时间点的综合加速度a，构成加速度时序集合A，然后进入步骤D。
4.根据权利要求1所述一种铁饼飞行距离预测方法，其特征在于：所述步骤D包括如下步骤D1至步骤D3；
步骤D1.根据铁饼在全程各时间点的综合加速度a，通过相邻综合加速度之间差值、与相邻时间点之间时长的比值，获得相邻综合加速度之间的加速度变化率k，然后进入步骤D2；
步骤D2.根据铁饼在全程投掷过程中第一时间点的速度0，由铁饼全程投掷过程中的第二时间点起，依次针对各时间点，分别执行如下步骤D2-1至步骤D2-2，获得铁饼对应时间点的速度v、位移ΔS；进而获得铁饼分别对应全程投掷过程各时间点的速度v、以及铁饼分别对应该各时间点的位移ΔS，然后进入步骤D3；
步骤D2-1.按如下公式：
获得铁饼对应时间点的速度v，然后进入步骤D2-2，其中，vs表示铁饼对应相邻上一时间点的速度，as表示铁饼对应相邻上一时间点的综合加速度，k表示铁饼对应相邻上一时间点至当前时间点之间的加速度变化率，t表示相邻时间点之间的时间差；
步骤D2-2.按如下公式：
获得铁饼对应该时间点的位移ΔS；
步骤D3.根据铁饼分别对应全程投掷过程各时间点的速度v，构成速度时序集合V，然后进入步骤E。
5.根据权利要求1所述一种铁饼飞行距离预测方法，其特征在于：所属步骤E中，分别针对铁饼全程投掷过程中的各个时间点，根据铁饼在全程各时间点对应陀螺仪传感器所在坐标系各加速度a″′x、a″′y分别对应的欧拉角X、Y，按如下公式：
β＝arccos(cosX·cosY)
获得铁饼在该时间点的水平体轴平面与水平面之间的倾角β，构成倾角时序集合J，然后进入步骤F。
6.根据权利要求1所述一种铁饼飞行距离预测方法，其特征在于：所属步骤H中，根据低于铁饼投掷者身高预设落差高度的高度h，按如下公式：
D＝vavg·h·cot(βavg)+[(vavg)2·sin(2βavg)/g]
获得铁饼的预设投掷距离D，实现铁饼投掷距离的预测。
7.一种实现权利要求1至6中任意一项所述一种铁饼飞行距离预测方法的智能铁饼，其特征在于：在铁饼中质心位置设置陀螺仪传感器的同时，还包括设置于质心位置的微控制器、电源、数据通信模块，其中，电源分别与各用电设备相连，并对其进行供电，陀螺仪传感器与数据通信模块分别与微控制器相连接，微控制器接收来自陀螺仪传感器的检测数据，并由微控制器针对所接收检测数据，执行所述步骤A至步骤H的数据处理，获得铁饼投掷距离的预测结果，再经过数据通信模块实现预测结果的发送。
8.根据权利要求7所述一种铁饼飞行距离预测方法的智能铁饼，其特征在于：还包括位于铁饼之外的外置显示装置，所述位于铁饼中的微处理器经数据通信模块与外置显示装置相连通信，用于实现对铁饼投掷距离预测结果的显示。
9.根据权利要求7所述一种铁饼飞行距离预测方法的智能铁饼，其特征在于：所述陀螺仪传感器为九轴陀螺仪传感器。
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