EA019314B1 - Система обнаружения объекта, прошедшего плоскость ворот - Google Patents

Abstract

Раскрыта система для обнаружения, прошел ли подвижный объект, такой как спортивный объект, например футбольный мяч или шайба для хоккея на льду, плоскость ворот. Известен способ охватывания плоскости ворот проводниками (1, 2, 3, 4), чтобы производить электромагнитное поле для возбуждения средства излучателя сигнала в подвижном объекте, в качестве альтернативы обнаруживать сигнал, излучаемый средством излучателя. С настоящим изобретением эти схемы разделены на множество отдельных схем, что обеспечивает улучшенную пространственную разрешающую способность системы, в частности, когда подвижный объект находится близко к проводникам.

Description

Изобретение относится к системе для определения, прошел ли подвижный объект, такой как спортивный объект, например футбольный мяч или шайба для хоккея на льду, плоскую поверхность в пространстве, такую как плоскость ворот, определяемую, например, как вертикальная плоскость, продолжающаяся от линии ворот, или горизонтальная плоскость, определяемая верхним ободом баскетбольной корзины.

Уровень техники

Традиционно судья или судьи спортивного соревнования на основании визуального наблюдения решают, действительно ли мяч прошел плоскость ворот. Однако это может быть очень трудно определять правильно в ситуациях, в которых мяч быстро возвращается и едва проходит, или не проходит, плоскость ворот, и особенно трудно, если судья расположен неподходящим образом относительно плоскости ворот или занят в другом действии соревнования. Также может использоваться видеокамера, чтобы контролировать плоскость ворот, но пространственная и временная разрешающая способность видеокамер часто бывает недостаточной для того, чтобы обеспечивать необходимую информацию в сомнительных случаях.

В уровне техники известен ряд электронных систем, предназначенных для определения местоположения мяча на спортивном поле с помощью систем позиционирования, как раскрыто, например, в ЭДО 01/66201, ЕВ 2753633, ЕВ 2726370, ЭДО 99/34230, И8 4675816, И8 5346210 и ЭДО 98/37932. Эти системы позиционирования могут использоваться, например, для определения, прошел ли мяч границу спортивной площадки, и положения игроков, а также для обеспечения большого количества полезной информации для судьи. Однако определение прохождения плоскости ворот является очень щекотливым вопросом как по причине того, что оно может быть решающим для результата спортивного соревнования, так и по причине того, что расстояния являются небольшими, а скорость объекта часто бывает очень высокой, так что система определения местоположения, предназначенная для обеспечения достоверного определения того, прошел ли объект плоскость ворот, должна быть очень точной в определении местоположения, и в то же время иметь очень высокую скорость обновления определения местоположения. Объект, например, может перемещаться со скоростью 72 км/ч или даже до 130 км/ч, что равно 20 м/с и 36 м/с соответственно, и это означает, что скорость обновления, равная 1/100 с, добавляет неопределенность, составляющую 20 см, или до 36 см соответственно, к определяемому местоположению, что является неприемлемым в отношении определения гола в спортивном соревновании.

Системы позиционирования с достаточно точным определением местоположения спортивного объекта и достаточно высокой скоростью обновления для обеспечения достоверных показаний пересечения плоскости ворот являются весьма дорогостоящими для устанавливания и обслуживания. Поэтому желательно обеспечить альтернативную систему с достаточной пространственной, а также временной разрешающей способностью, чтобы обеспечивать достоверные показания.

Патент США 5976038 раскрывает аппарат для обеспечения индикации выходного сигнала, когда игровой объект пересекает игровую определяющую линию. Аппарат содержит направленную приемную антенну, такую как дисковая отражательная антенна, и в частности, антенна Кассегрена, снабженная двумя примыкающими в горизонтальном направлении фидерами, которые объединены для обеспечения суммарных и разностных сигналов. Антенна выполнена вне спортивного поля и направлена вдоль игровой определяющей линии. Для обеспечения достаточно высокой пространственной разрешающей способности по причине расстояния между антенной и игровым объектом антенный отражатель должен иметь значительные размеры. Отражатель шириной 30 дюймов, 76 см, обеспечивает зону обнаружения шириной 4 дюйма, 10 см, которая вместе с другими неопределенностями системы является приемлемой для использования в американском футболе, на который был направлен патент, но неприемлемой для многих других спортивных игр, и поэтому может потребоваться отражатель значительно большего размера.

Патент США 4375289 раскрывает два электрических проводника или катушки излучателя, охватывающие или включающие в себя плоскость ворот на двух вертикальных уровнях с взаимным промежутком в направлении, перпендикулярном плоскости ворот, и где каждый излучает электромагнитное поле посредством обеспечения двух проводников переменным током в противофазе, так что электромагнитное поле, воспринимаемое у объекта, при прохождении плоскости ворот является нулевым на средней плоскости между этим двумя уровнями по причине ослабляющей интерференции, и прохождение этой средней плоскости определяется из измерений напряженности поля в датчике в мяче. Используемый датчик мяча представляет собой пассивный блок, который получает энергию от электромагнитного поля посредством индуцирования тока в катушке или антеннах датчика, и излучает сигнал, соответственно, который обнаруживается катушкой обнаружения, расположенной между двумя проводниками, и также может быть обнаружено направление прохождения посредством сравнения фаз между сигналом, принимаемым от датчика мяча, и фазами токов в проводниках. Система также может быть сконструирована противоположным образом относительно излучателя и катушек обнаружения так, чтобы одна катушка излучателя была расположена в плоскости ворот между двумя катушками обнаружения, с соответствующим действием системы таким образом, чтобы прохождение мячом плоскости ворот обнаруживалось, когда выявляемые сигналы в двух катушках обнаружения оказывались равными.

- 1 019314

Однако это устройство имеет недостаток, заключающийся в том, что пространственная разрешающая способность ограничена размером мяча, поскольку катушка датчика, по существу, охватывает диаметр мяча, что имеет возрастающее значение с уменьшающимся расстоянием между мячом и катушкой обнаружения. Это не представляет собой важнейшую проблему при обнаружении большинства забиваемых голов, когда мяч явно проходит плоскость ворот, но в ситуациях, вызывающих сомнения, где мяч едва только проходит или не проходит плоскость ворот совсем, и мяч находится близко к катушкам, пространственная разрешающая способность является не достаточной для того, чтобы с удовлетворительной точностью решать, действительно ли был забит гол.

Кроме того, автор настоящего изобретения обнаружил, что электромагнитные поля, излучаемые от катушек излучателя, охватывающих плоскость ворот, искажены в области, находящейся близко к катушкам, и, в частности, около области, где встречаются горизонтальные и вертикальные части катушек, и плоскость, где ослабляющая интерференция самая высокая и объединенное поле является нулевым, в этих областях может отклоняться на несколько сантиметров от плоскости ворот.

Таким образом, объект настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить систему для обнаружения прохождения объекта, проходящего плоскость ворот, с улучшенной точностью.

С помощью настоящего изобретения обеспечиваются несколько технических признаков, из которых каждый отдельно или в комбинации представляет такое усовершенствование.

Краткое описание изобретения

Стационарные проводники, раскрытые в патенте США 4375289, включающие в себя плоскость ворот и создающие электромагнитное поле, которые используется для обнаружения прохождения плоскости ворот, в качестве альтернативы для обнаружения сигнала, излучаемого датчиками в мяче, в выгодном варианте осуществления настоящего изобретения могут быть разделены на множество отдельных схем. Проблемы, относящиеся к пространственной разрешающей способности системы, когда мяч находится близко к катушке обнаружения, посредством этого могут быть исправлены благодаря способности такой системы разделять данные обнаружения, относящиеся к различным частям периметра плоскости ворот, таким образом, чтобы данные, относящиеся к секции, ближайшей к проходящему мячу, в решении относительно того, прошел ли мяч плоскость ворот, можно было не учитывать.

Это можно выполнить, например, обеспечивая заметно выраженное электромагнитное поле от каждой из секций так, чтобы отклик от датчиков в мяче мог быть разделен в средстве обработки сигналов системы на реагирования на поля от отдельных секций. В варианте осуществления, где секции используются как детекторы, каждая секция может обеспечивать, например, отдельный выходной сигнал для средства обработки сигналов системы и посредством этого обеспечивать возможность анализа, в котором проблемы ближнего поля могут быть исправлены. Кроме того, система может быть установлена без необходимости обеспечивать замкнутую электрическую схему, полностью охватывающую плоскость ворот, как показано в патенте США 4375289, то есть может быть разработана разделенная на части система проводников так, чтобы функционировать без присутствия в земле под линией ворот проводников, которые неудобно устанавливать и подсоединять к проводникам над землей, в частности, если необходимо перемещать сами ворота, к которым обычно прикреплены соединители над землей. Также точное местоположение перемещающегося объекта при прохождении плоскости ворот может быть выведено из выходного сигнала, который является весьма полезным, когда производятся динамические отображения забитого (или не забитого) гола для прямой телевизионной передачи спортивной игры.

Таким образом, настоящее изобретение относится к системе, содержащей подвижный объект, например ручной мяч, футбольный мяч или шайбу для хоккея на льду, средство излучателя радиоволн, выполненное в подвижном объекте, предпочтительно в форме ряда настраиваемых антенных рамок, внутренний источник электропитания, выполненный в подвижном объекте для снабжения электроэнергией средства излучателя радиоволн, средство стационарного возбудителя, выполненное с возможностью возбуждения упомянутого средства излучателя радиоволн, например, посредством излучения электромагнитных волн с длиной волны, соответствующей настроенным схемам средства излучателя радиоволн, средство стационарного приемника для приема радиоволн от средства излучателя радиоволн и обеспечения соответствующего выходного сигнала, множество, по существу, замкнутых первых антенных рамок, выполненных по периферии плоской целевой поверхности, причем каждая первая антенная рамка содержит два по существу параллельных проводника, продолжающихся, по существу, параллельно упомянутой периферии целевой поверхности, причем упомянутые параллельные проводники выполнены с взаимным промежутком в направлении, перпендикулярном плоской целевой поверхности, в которой упомянутое множество первых антенных рамок образует одно из упомянутого средства стационарного возбудителя и упомянутого средства стационарного приемника, при этом система дополнительно содержит средство обработки для приема и обработки упомянутого выходного сигнала вместе с предварительно определенной совокупностью условий и обеспечивает результирующий выходной сигнал, если совокупность условий выполнена, чтобы определить, прошел ли подвижный объект плоскую целевую поверхность.

Под термином первая антенная рамка подразумевается замкнутый контур одного или более проводников, выполненный по траектории, предпочтительно определяемой в плоской поверхности так, что

- 2 019314 бы контур включал в себя площадь. В особенно предпочтительном варианте осуществления первые антенные рамки выполнены каждая на отдельной жесткой конструкции, такой как конструкция из пластин.

Когда используется термин по периферии плоской целевой поверхности, подразумевается, что антенные рамки выполнены близко или примыкают к периферии, например, в пределах 50 см, предпочтительно в пределах 20 см от периферии при измерении в плоскости плоской целевой поверхности и на большом расстоянии от целевой поверхности.

Целевая поверхность, в общем, представляет собой поверхность, которую должна пройти срединная часть подвижных объектов или, более конкретно, средств излучателя радиоволн для того, чтобы это расценивать, как прохождение целевой поверхности, то есть что забит гол.

По существу, параллельные проводники каждой первой антенной рамки предпочтительно выполнены на каждой стороне плоской целевой поверхности, по существу, на одном и том же расстоянии перпендикулярно целевой поверхности.

Взаимный промежуток в направлении, перпендикулярном плоской целевой поверхности, между, по существу, параллельными проводниками каждой первой антенной рамки предпочтительно находится в диапазоне 15-50 см, а промежуток между параллельными проводниками каждой антенной рамки предпочтительно является одним и тем же для всех из множества антенных рамок системы.

Протяженность, по существу, параллельных проводников каждой первой антенной рамки по периферии упомянутой плоской целевой поверхности находится предпочтительно в диапазоне 0,5-3 м, более предпочтительно в диапазоне 1-2 м.

По меньшей мере, некоторые из первых антенных рамок, например от 4 до 16, предпочтительно от 6 до 12, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения выполнены последовательно, по существу, вдоль горизонтальной линии плоской целевой поверхности, в частности, вдоль горизонтальной перекладины ворот, определяющей границу плоской целевой поверхности. Первые антенные рамки предпочтительно выполнены, по существу, на равном расстоянии вдоль горизонтальной линии плоской целевой поверхности.

Подобным образом также предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, некоторые из первых антенных рамок были выполнены последовательно, по существу, вдоль вертикальных линий плоской целевой поверхности, в частности, вдоль вертикальных боковых штанг ворот, определяющих границу плоской целевой поверхности. Количество первых антенных рамок вдоль каждой вертикальной линии предпочтительно находится в диапазоне 2-8, наиболее предпочтительно в диапазоне 3-6. Первые антенные рамки предпочтительно выполнены, по существу, на равном расстоянии вдоль вертикальных линий плоской целевой поверхности.

Система дополнительно может содержать вторую антенную рамку, продолжающуюся, по существу, у периферии плоской целевой поверхности и образующую другое из упомянутого средства стационарного возбудителя и упомянутого средства стационарного приемника, то есть расположенную там, где сигнал от подвижного объекта является наиболее критическим для определения возможного прохождения целевой поверхности. Вторая антенная рамка может продолжаться до некоторой степени за пределы периферии в направлении, параллельном целевой поверхности, до тех пор, пока она продолжается, по существу, в той же самой плоскости, что и целевая поверхность.

В особенно предпочтительном варианте осуществления первые антенные рамки образуют средство стационарного приемника, а вторая антенная рамка образует средство стационарного возбудителя. В этом случае выходной сигнал для средства обработки данных представляет напряжение или ток, генерируемый в каждой из первых антенных рамок. В особенно предпочтительном варианте осуществления система содержит средство компенсации для каждой из первых антенных рамок, предназначенное для компенсации возможного неправильного относительного расположения первой антенной рамки и второй антенной рамки во время работы системы. Это неправильное относительное расположение может заставлять вторую антенную рамку генерировать напряжение или ток в первой антенной рамке, ошибочный сигнал, и цель средства компенсации заключается в том, чтобы снижать или устранять такой ошибочный сигнал в первой антенной рамке, посредством чего отношение сигнал-шум первой антенной рамки относительно средства излучателя радиоволн в перемещающемся объекте улучшается. Кроме того, если этот ошибочный сигнал устраняется после калибровки средства компенсации, сигнал, обнаруженный первой антенной рамкой и не исходящий от средства излучателя радиоволн в перемещающемся объекте, может использоваться для обнаружения возможной погрешности в выравнивании плоскости первой антенной рамки с плоскостью, перпендикулярной плоской целевой поверхности, в которой такой сигнал может исходить либо от располагающейся напротив части второй антенной рамки, продолжающейся параллельно части второй антенной рамки, примыкающей к первой антенной рамке, либо от третьей калибровочной антенны, продолжающейся в той же плоскости, что и плоская целевая поверхность, но на некотором расстоянии первой антенной рамки от периферии плоской целевой поверхности, так, чтобы можно было вывести угловое смещение. Такое обнаруженное угловое смещение между плоскостью первой антенной рамки и плоскостью, перпендикулярной плоской целевой поверхности, может использоваться для компенсации выходного сигнала от рассматриваемой первой антенной рамки при определении, действительно ли перемещающийся объект прошел целевую поверхность.

- 3 019314

Сигнал, обнаруженный первой антенной рамкой, при анализе может быть определен, как генерируемый от электромагнитных волн от средства излучателя радиоволн, выполненного в подвижном объекте, если это средство излучателя содержит настроенную схему, в которой угол сдвига фазы напряжения или тока, генерируемого волнами от такой схемы, будет смещен приблизительно на 90° относительно переменного тока средства возбудителя.

Средство компенсации может быть реализовано в средстве обработки сигналов системы или может быть образовано схемой, подсоединенной к рассматриваемой первой антенной рамке, и подавать в нее компенсирующий противоток. Однако в предпочтительном варианте осуществления первое средство компенсации содержит рамку компенсации, выполненную, по существу, в плоскости первой антенной рамки и смещенную от периферии плоской целевой поверхности к одному из параллельных проводников. Соответствующий ток срабатывания, подаваемый в рамку компенсации, будет приводить к компенсации части электромагнитного поля, генерируемого второй антенной рамкой, и таким образом обеспечивать компенсацию для первой антенной рамки, являющейся не перпендикулярной к плоской целевой поверхности.

Обнаружение пересечения плоскости ворот должно быть выполнено с высокой степенью точности, которая требует высокой пространственной разрешающей способности системы обнаружения, которая, в свою очередь, требует высокой временной разрешающей способности, поскольку мяч часто перемещается с большой скоростью порядка 20 м/с или даже больше, с такой как 36 м/с.

В соответствии с другим аспектом, мяч, применяемый в настоящем изобретении, может быть оборудован средством запоминающего устройства, отдельным беспроводным передающим средством и средствами управления для управления средством запоминающего устройства и передающим средством. Средства управления выполнены с возможностью производить выборки напряженности поля, измеряемой датчиком с заданной частотой дискретизации, например, 500-10000 Гц, с такой как 4000 Гц, и все выборочные значения подаются в средство запоминающего устройства, работающее как запоминающее устройство ПРО (с простой очередностью), чтобы самая последняя выборка заменяла самую старую сохраненную выборку в запоминающем устройстве, посредством чего в любое время в средстве запоминающего устройства хранятся самые новые выборки, например, за последние 0,5 с, при этом датчик снабжается электроэнергией от батареи или посредством индукции от электромагнитного поля проводников.

Только когда обнаружена индикация относительно прохождения плоскости ворот, средства управления, выполненные с возможностью передавать полную совокупность выборок, сохраненных в средстве запоминающего устройства, выполняют эту передачу. Такая индикация может быть выполнена на основании предварительного анализа выборок, проведенных индивидуальным датчиком, на основании сравнения обнаружений, сделанных множеством датчиков, выполненных в одном и том же мяче, или более грубой дублирующей системой, такой как система, раскрытая в патенте США 4375289. Передаваемые данные принимаются стационарным приемником и анализируются с целью определения, прошел ли мяч плоскость ворот. Факультативно средства управления помимо этого выполнены с возможностью непрерывно передавать только часть измеряемых выборок напряженностей поля, например 1/10 или 1/5 выборок, в качестве обязательной части, во время дискретизации напряженностей поля.

Таким образом, для стационарного блока управления может обеспечиваться более детализированная совокупность данных, представляющая напряженность поля, обнаруженную датчиком, для анализа, так как частота дискретизации напряженности поля, обнаруженной датчиком во время возможного прохождения плоскости ворот, может быть во много раз выше, чем скорость передачи данных. Скорость передачи данных зависит от выбранной частоты передачи и доступной мощности для передачи данных, а для пассивного датчика доступная электроэнергия пропорциональна площади, охватываемой проводником датчика, в котором электроэнергия индуцируется электромагнитным полем. В настоящем варианте осуществления датчика достоверная мощность передачи, приводящая к подходящему отношению сигнал-шум в приемнике, сделана возможной для соответственно высокой частоты дискретизации данных, например, с коэффициентом в 10 раз больше, чем надежная скорость передачи данных, и маленькой площади, охватываемой проводником датчика, посредством чего физическое увеличение датчика позволяет обеспечивать множество датчиков, например четыре, шесть, восемь или даже больше, в стандартном футбольном мяче или других стандартных мячах для игр с мячом.

В конкретном варианте осуществления средство управления датчика выполнено с возможностью последовательно передавать данные, сохраненные в средстве запоминающего устройства, где сначала передаются наиболее релевантные данные, то есть данные, самые близкие к определяемому вероятному прохождению плоскости ворот, например, первая выборка после прохождения, сопровождаемая первой выборкой перед прохождением, затем вторая выборка после прохождения и т.д. Во втором варианте осуществления с дискретизацией более низкой частоты, например, сначала передается каждая пятая или каждая десятая выборка, после которой передаются остающиеся данные, сохраненные в средстве запоминающего устройства. Таким образом, повышается возможность того, что стационарным блоком будут приняты и обработаны наиболее важные данные.

Предпочтительно данные передаются от датчика в цифровой форме, чтобы дополнительно улуч

- 4 019314 шать отношение сигнал-шум принимаемых сигналов данных от датчика, а благоприятная частота передачи составляет 27-35 МГц, но также могут применяться другие подходящие частоты, такие как 433 МГц, 868 МГц или 2,4 ГГц. Предпочтительные используемые частоты находятся в пределах диапазонов, которые не требуют общественной лицензии для использования.

Для всех вариантов осуществления настоящего изобретения источник электропитания, например батарея или перезаряжаемая батарея, устанавливается внутри мяча, и при работе он будет, один или в объединении с катушками, обеспечивать достаточную электроэнергию для того, чтобы получать и/или передавать данные и делать мяч активным перемещающимся объектом. Размер и количества катушек можно уменьшить, используя источник электропитания, например, электрическую батарею, такую как перезаряжаемая батарея, один или более конденсаторов и/или микротопливный элемент. Электроэнергия для перезарядки батареи и/или конденсаторов может обеспечиваться через электропроводящие клеммы на мяче и/или через систему индуктивной передачи электроэнергии, предпочтительно с использованием предварительно упомянутых катушек в качестве принимающего средства для индуктивной передачи электроэнергии. С мячом в виде активного перемещающегося объекта удобно на каркасе ворот устанавливать дифференциальную антенну.

В большинстве игр, таких как футбол (также известных как воссет), весь мяч должен пройти плоскость ворот, чтобы гол считался забитым, и таким образом желательна высокая пространственная разрешающая способность обнаружения мяча, проходящего плоскость ворот. С известными датчиками, как показано в патенте США 4375289, мяч охватывается тремя проводниками, выполненными в пересекающихся, перпендикулярных плоскостях, проходящих через центр мяча. В каждом проводнике ток индуцируется пропорционально полному электромагнитному потоку, проходящему через площадь, охватываемую проводником.

Полный электромагнитный поток, проходящий через площадь, зависит от плотности потока и угла между направлением вектора электромагнитного потока и площади, но изменения угла, в общем, компенсируются благодаря объединению индуцированных токов в этих трех перпендикулярных проводниках. Однако плотность потока интегрируется по площади, таким образом размер площади поперечного сечения мяча и объединенный индуцированный ток представляют собой показатель суммарного потока, проходящего через мяч. Следовательно, пространственная разрешающая способность датчика ограничена размером мяча.

Чтобы улучшить пространственную разрешающую способность в мяче можно обеспечивать множество датчиков, предпочтительно между внутренней латексной камерой мяча и его наружной оболочкой, но в качестве альтернативы их можно располагать на внутренней стороне латексной камеры. В одном варианте осуществления каждый из датчиков или, по меньшей мере, часть датчиков представляет собой пассивные датчики, содержащие антенную рамку или катушку, подсоединенную к конденсатору или подобному компоненту, чтобы образовать настроенную схему, соответствующую длине волны излучаемого электромагнитного поля. Во втором варианте осуществления данные напряженности поля, измеряемой индивидуальными датчиками, передаются в стационарное устройство обработки данных для определения прохождения плоскости ворот каждого индивидуального датчика. Тогда на основании полной совокупности данных от множества датчиков в стационарном устройстве обработки данных может быть выполнена компенсация угла между индукционной антенной индивидуального датчика и вектором электромагнитного потока посредством решения системы уравнений относительно пространственного и углового положения мяча. Важным признаком определения является определение, прошли ли все датчики плоскость ворот, которая необязательно физически совпадает со средней плоскостью между проводниками, охватывающими плоскость ворот.

Для этой обработки данных выгодно, что индивидуальные датчики в мяче синхронизированы относительно дискретизации данных напряженности поля с помощью средства синхронизации, которое, например, может быть обеспечено посредством внутреннего соединения датчиков и обеспечения общего сигнала синхронизации, или в качестве альтернативы, посредством обеспечения сигнала синхронизации для датчиков с помощью тока в проводниках, обеспечивающих электромагнитное поле. Также может быть выгодным, чтобы передача данных от индивидуальных датчиков была скоординирована так, чтобы эта передача данных негативным образом не служила помехой, и это можно обеспечивать с помощью взаимного соединения датчиков таким образом, чтобы индивидуальные передачи данных могли быть синхронизированы, или с помощью наличия одного общего средства передачи данных в мяче, посредством которого передаются все данные на стационарное устройство обработки данных. В качестве альтернативы, каждый датчик может иметь средство передачи данных, выполненное с возможностью передавать данные на стационарное устройство обработки данных на отдельных частотах. Другой выгодный признак может заключаться для пассивных датчиков во внутреннем соединении источников электропитания индивидуальных датчиков так, чтобы каждый датчик имел достаточную электроэнергию для получения и передачи измеряемых данных напряженности поля независимо от угла между областью, сканируемой индукционными антеннами индивидуального датчика, и направлением вектора электромагнитного потока. Но также источник электропитания, например батарея или перезаряжаемая батарея, закрепленная внутри мяча, может быть единственным или объединенным с катушками, снабжая достаточной

- 5 019314 электроэнергией для получения и/или передачи данных и делая мяч активным перемещающимся объектом. Размер и количество катушек можно снижать, используя источник электропитания, например батарею или перезаряжаемую батарею.

Мяч может дополнительно содержать средство идентификации для излучения уникальной идентификации на стационарное средство обработки данных для гарантирования, что мяч, используемый в игре, сертифицирован, как подлежащий использованию с системой в соответствии с изобретением. Кроме того, могут передаваться калибровочные данные и подробности обмена данными для индивидуального мяча.

Напряженность электромагнитного поля от двух катушек, показанных в патенте США 4375289, с токами в противофазе является самой низкой на площади, которая является наиболее критической для обнаружения, чтобы иметь наиболее точное определение местоположения датчика мяча. Таким образом, сигнал, подлежащий обнаружению, также как электроэнергия, обеспечиваемая для пассивных датчиков электромагнитным полем, на этой площади являются самыми низкими и нулевыми на средней плоскости, которая расположена на плоскости ворот или близко к ней.

Одно решение в соответствии с аспектом настоящего изобретения состоит в обеспечении источника тока одного из проводников быстродействующим фазосдвигающим устройством так, чтобы фазу проводника можно было переключать между противофазным и синфазным состоянием с другим проводником, с частотой переключений порядка величины частоты дискретизации интенсивности сигнала, обнаруживаемой в мяче, то есть в диапазоне между 200 и 10000 Гц, предпочтительно в диапазоне 500-6000 Гц, чтобы, например, была выполнена каждая вторая или третья выборка, когда электромагнитные поля являются синфазными, и два поля на средней плоскости между двумя проводниками находятся в усиливающей интерференции, а напряженность поля имеет максимум в этой плоскости благодаря конфигурации отдельных напряженностей поля и расстоянию между этими двумя проводниками.

Таким образом, обеспечение высокой напряженности поля в местоположении средней плоскости представляет собой преимущество при использовании пассивных датчиков мяча, то есть датчиков, которые запитываются с помощью электромагнитного поля, обеспечиваемого проводниками, потому что доступная электроэнергия для обнаружения напряженности поля и передачи данных, таким образом, является высокой, также как для обнаружения слабых интенсивностей полей для электромагнитных полей, находящихся в противофазе. Но также и источник электропитания, например батарея или перезаряжаемая батарея, закрепленная внутри мяча, может быть единственным или объединенным с катушками, производя достаточную электроэнергию для получения и/или передачи данных, и делает мяч активным перемещающимся объектом. Размер и количества катушек можно снижать, используя источник электропитания, например батарею или перезаряжаемую батарею.

Кроме того, местоположение датчика мяча относительно средней плоскости может быть обнаружено двумя различными способами, из определения прохождения нулевой напряженности поля, как в известном методе, когда токи находятся в противофазе, а также из определения максимальной напряженности, когда токи являются синфазными. Первый способ обеспечивает превосходную полную индикацию относительно прохождения средней плоскости и, возможно, направления прохождения, но имеет недостаток в отношении подробностей вблизи фактического прохождения, поскольку обнаруживаемая напряженность поля в этой области очень низкая, тогда как второй способ обеспечивает самую высокую напряженность поля поблизости от прохождения средней плоскости, и таким образом большую часть подробностей, но второй способ, в котором обнаруживается максимальное значение напряженности поля, применяемый отдельно, имеет высокую степень риска ошибочных обнаружений прохождения, поскольку максимальные значения могут происходить в других местоположениях датчиков мяча, отличающихся от средней плоскости, например, по причине интерференции от тел игроков и от внешних источников электромагнитных полей. Для фильтрации обнаруженных интенсивностей можно применять пороговое значение для пиковой напряженности, но это имеет только ограниченный эффект по причине изменения напряженности поля по плоскости ворот, по меньшей мере, на порядок по величине (то есть с коэффициентом 10).

Однако благодаря объединению второго способа с первым способом риск ошибочных обнаружений прохождения фактически исключается, поскольку оценка правильного положения прохождения обеспечивается первым способом, и объединенный способ получает высокую пространственную разрешающую способность второго способа.

Второе решение состоит в обеспечении катушек излучения наложением токов различных частот таким образом, чтобы ток на первой частоте для подачи электроэнергии являлся синфазным в двух катушках, чтобы электромагнитные поля этой частоты были в усиливающей интерференции, а ток второй частоты для обеспечения сигнала подавался в противофазе. Электромагнитное поле первой частоты может использоваться для обеспечения датчика или датчиков в мяче электроэнергией во всех местоположениях во время прохождения плоскости ворот. В этом случае в датчике мяча должны быть выполнены приспособления так, чтобы разделять воздействие от двух частот, такие как использование отдельных резонансных схем для этих частот. Но также и источник электропитания, например батарея или перезаряжаемая батарея, закрепленная внутри мяча, может быть единственным или объединенным с катушками,

- 6 019314 производя достаточную электроэнергию, чтобы обеспечивать электроэнергией датчик или датчики в мяче. Размер и количества катушек можно снижать, используя источник электропитания, например батарею или перезаряжаемую батарею.

Еще одно решение состоит в обеспечении катушек излучения токами только слегка отличающихся частот так, чтобы интерференция производила напряженность, изменяющуюся на средней плоскости между нулевой напряженностью и максимальной напряженностью, с частотой, равной сдвигу частоты между этими двумя токами. Сдвиг частоты предпочтительно равен непостоянному кратному частоты дискретизации датчика, такому как одинарное или утроенное значение частоты, чтобы электроэнергия индуцировалась в катушке датчика во всех местоположениях датчика, а частота напряженности могла использоваться для синхронизации частоты дискретизации для того, чтобы датчик или датчики в мяче правильно обнаруживали присутствие нулевой напряженности.

Кроме того, в пределах настоящего изобретения находится адресация к множеству датчиков, выполненных в одном и том же мяче, посредством излучения различных частот с перекрытием для обеспечения электроэнергии и сигналов для индивидуального датчика так, чтобы излучающие катушки, например, могли использоваться для выбора подгруппы датчиков в мяче для измерения, или адресация к этим индивидуальным датчикам производится последовательно.

Частота электромагнитного поля, обеспечиваемого этими двумя проводниками, предпочтительно находится в диапазоне 10-1000 кГц, в таком как 50-500 кГц и наиболее предпочтительно в диапазоне 100-200 кГц, потому что электромагнитные поля в этом диапазоне с молекулами воды практически не взаимодействуют, и поэтому не имеют существенного влияния на человеческие тела, подвергаемые воздействию поля, и возмущения поля, вызываемые человеческими телами, находящимися в пределах поля, соответственно, уменьшены. Кроме того, чтобы калибровать систему, на каркасе ворот могут быть установлены катушки, выполняющие передачу на конкретной частоте.

На каркасе ворот можно устанавливать одну или более антенн под углом 90° относительно других антенн, чтобы гарантировать, что обнаружение мяча происходит внутри или вне каркаса ворот.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления настоящего изобретения показаны на прилагаемых чертежах, на которых фиг. 1 показывает три секции первого варианта осуществления настоящего изобретения, выполненные вдоль перекладины ворот;

фиг. 2 показывает ворота с секциями в соответствии с первым или вторым вариантом осуществления, выполненными по периметру поверхности ворот, и фиг. 3 показывает две секции второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Чертежи представляют собой иллюстрации вариантов осуществления настоящего изобретения и не должны расцениваться, как ограничивающие объем изобретения, представленный в данном описании.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

На фиг. 1 схематично показаны три секции перекладины футбольных ворот на виде сверху. Каждая секция содержит проводник 1 в первой плоскости и параллельный проводник 2 во второй плоскости, и два промежуточных проводника 3, 4, соединяющие другие проводники 1, 2, образуя схему, по которой может проходить ток, как обозначено стрелками. Каждая секция имеет отдельный блок 5 управления для подачи тока в схему секции и, возможно, для получения данных, относящихся к объектам, в которых индуцируется электроэнергия с помощью секции. Расстояние Ό между параллельными проводниками 1, в горизонтальном направлении, перпендикулярное плоскости ворот, предпочтительно выбирается приблизительно равным диаметру стандартного футбольного мяча в соответствии с правилами, установленными ΕΙΕΆ (Международной федерацией футбольных ассоциаций), в целом от 15 до 50 см. В конкретном варианте осуществления параллельные проводники 1, 2 в одной и той же плоскости смежных секций могут быть электрически соединены так, чтобы передний проводник 1 одной секции был подсоединен к переднему проводнику 1 смежной секции и т.д. На фиг. 2 показаны ворота, как видно сверху, с семью секциями 6, распределенными вдоль перекладины 8, и с 5 секциями 7 вдоль каждой боковой штанги 9 ворот.

Количество секций вдоль перекладины ворот может составлять, например, от 2 до 20, такое как от 4 до 16, и предпочтительно от 6 до 12, и от 2 до 8 секций вдоль каждой боковой штанги ворот, такое как от до 6 секций. Протяженность каждой секции в предпочтительном варианте осуществления находится в диапазоне 0,5-3 м, такая как 1-2 м.

Каждой секцией можно легко и быстро управлять, например, для быстрого переключения фазы или токов наложения отличающейся частоты, как обсуждалось в предыдущем разделе. Кроме того, индивидуальной секцией можно управлять отдельно общим или отдельным средством управления так, чтобы можно было получать более подробную информацию относительно местоположения проходящего мяча, либо от средства управления секциями, электромагнитные поля которых подвергаются воздействию проходящего мяча, либо посредством изменения излучаемых электромагнитных полей от индивидуальных секций так, чтобы данные, получаемые датчиком или датчиками в мяче, могли нести такую информацию о местоположении. Электромагнитное поле каждой секции может иметь индивидуальную идентичность, например, посредством наложения тока с током несовпадающей частоты так, чтобы данные,

- 7 019314 возвращаемые от датчика или датчиков мяча, могли нести информацию об их местоположении относительно секций таким образом, чтобы местоположение датчика могло быть определено стационарным средством обработки данных для определения прохождения плоскости ворот с коррекцией для возможного искажения электромагнитного поля, как обсуждалось выше. Также или в качестве альтернативы, индивидуальные секции можно быстро включать и выключать, чтобы определять, от которой секции или секций происходит электромагнитное поле, обнаруженное датчиком или датчиками. Кроме того, секции можно использовать для проверки, правильно ли система функционирует, посредством излучения электромагнитного поля вне диапазона, обнаруживаемого датчиком или датчиками, и записи и оценки возможного отклика от системы. Возможный отклик может использоваться для регулирования алгоритма компенсации в средстве обработки данных системы.

Во втором варианте осуществления секции, как показано на фиг. 3, первые антенные рамки образуют средство стационарного приемника, а вторая антенная рамка 10, выполненная у периферии плоскости ворот, образует средство стационарного возбудителя, который обеспечивает электромагнитное поле с частотой, равной приблизительно 125 кГц, и соответствующей частоте, на которую настроены пассивный датчик и средство излучателя радиоволн в мяче. Параллельные проводники 1, 2 каждой секции выполнены, по существу, на одном и том же расстоянии Ό/2 в направлении, перпендикулярном плоскости ворот, от второй антенной рамки 10 так, чтобы общий ток, генерируемый в схеме проводников 1, 2, 3, 4 секции, в идеале был нулевым, когда мяч не находится около этой секции. Однако выравнивание параллельных проводников 1, 2 и второй антенной рамки 10 необязательно бывает совершенным, так что в проводниках 1, 2, 3, 4 секции генерируется ошибочный ток. Чтобы компенсировать его, каждая секция обеспечивается компенсирующей схемой 11, выполненной асимметрично в схеме секции относительно второй антенной рамки 10, и средство управления (не показано) компенсирующей схемы 11 регулируется для обеспечения тока в схеме 11 во время работы системы так, чтобы ток в проводниках секции был нулевым, когда она не находится под воздействием мяча. Каждая секция имеет измерительный преобразователь 12, выполненной поблизости от второй антенной рамки с возможностью облегчать калибровку индивидуальной секции независимо от других характеристик системы.

Каждая секция имеет средство вывода (не показано) для вывода показателя электромагнитного поля от мяча, который выявляется током, генерируемым в схеме проводников 1, 2, 3, 4 секции, в средство управления (не показано) системы. Из входного сигнала от всех секторов может быть определено с высокой точностью возможное прохождение мяча через плоскость ворот, так как нарушенный выходной сигнал от одной секции, например, по причине того, что мяч проходит близко к этой секции или из-за неисправности секции, средством управления может отбрасываться. Вследствие того, что возможное неправильное относительное расположение между проводниками 1, 2, 3, 4 секции и второй антенной рамкой 10 измеряется и компенсируется, возникновение генерируемого тока в проводниках секции будет индикацией угловой ошибки секции, то есть того, что секция ориентирована не перпендикулярно плоской поверхности ворот. Такой генерируемый ток легко отделяется от токов, генерируемых датчиками в мяче, когда они настроены и их фаза сдвинута на 90° относительно тока во второй антенной рамке 10, тогда как ток, генерируемый в проводниках секции непосредственно второй антенной рамкой 10, выполненной по противоположной стороне плоскости ворот, будет синфазным с током во второй антенной рамке 10. Таким образом, обнаружение, обеспечиваемое этой секцией, может быть скорректировано с учетом угловой ошибки.

Частота электромагнитного поля, обеспечиваемого секцией, предпочтительно находится в диапазоне 10-1000 кГц, в таком как 50-500 кГц, и наиболее предпочтительно в диапазоне 100-200 кГц, потому что электромагнитные поля в этом диапазоне практически не имеют никакого взаимодействия с молекулами воды, и поэтому не имеют никакого существенного влияния на человеческие тела, подвергаемые воздействию поля, и возмущения поля, вызываемые человеческими телами, находящимися в пределах этого поля, соответственно, уменьшаются.

Claims (24)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Система обнаружения объекта, прошедшего плоскость ворот, содержащая подвижный объект, имеющий средство датчика для обнаружения электромагнитного поля, средство излучателя радиоволн, выполненное в подвижном объекте, внутренний источник электропитания, выполненный в подвижном объекте для снабжения электроэнергией средства излучателя радиоволн, и средство управления работой средства излучателя радиоволн, при этом средство управления выполнено с возможностью производить выборки напряженности электромагнитного поля, измеряемой средством датчика, и передавать данные, относящиеся к измеряемой напряженности поля, с помощью упомянутого средства излучателя радиоволн, при этом система дополнительно содержит средство стационарного возбудителя, выполненное с возможностью обеспечения электромагнитно

   - 8 019314 го поля, подлежащего измерению средством датчика, причем средство стационарного возбудителя выполнено с возможностью продолжения по периферии плоской целевой поверхности вдоль горизонтальной перекладины и вертикальных боковых штанг ворот, определяющих границу плоской целевой поверхности, средство стационарного приемника для приема радиоволн от средства излучателя радиоволн и обеспечения соответствующего выходного сигнала, и средство обработки данных для приема и обработки упомянутого выходного сигнала вместе с предварительно определенной совокупностью условий и обеспечения результирующего выходного сигнала, если совокупность условий выполнена, чтобы определять, прошел ли подвижный объект плоскую целевую поверхность.
2. 2. Система по п.1, дополнительно содержащая средство запоминающего устройства, в котором средство управления дополнительно выполнено с возможностью управления средством запоминающего устройства.
3. 3. Система по п.2, в которой средство управления выполнено с возможностью производить выборки напряженности электромагнитного поля, измеряемой средством датчика, с заданной частотой дискретизации и сохранять все выборочные значения в средстве запоминающего устройства, причем средство управления дополнительно выполнено с возможностью при активизировании выводить сохраненные выборочные значения из средства запоминающего устройства и передавать упомянутые выведенные значения с помощью средства излучателя радиоволн.
4. 4. Система по п.3, в которой упомянутое средство запоминающего устройства выполнено с возможностью работать как запоминающее устройство с простой очередностью (НГО) так, что самая последняя выборка заменяет самую старую сохраненную выборку в запоминающем устройстве.
5. 5. Система по п.4, в которой средство запоминающего устройства во время работы объекта выполнено с возможностью сохранения значений, выбираемых с заданной частотой дискретизации в течение промежутка времени, составляющего по меньшей мере 0,2 с, предпочтительно в диапазоне 0,35-1,2 с.
6. 6. Система по любому из пп.3-5, в которой заданная частота дискретизации находится в диапазоне 500-10000 Гц, в таком как 2000-6000 Гц.
7. 7. Система по любому из пп.1-6, в которой средство датчика содержит множество индивидуальных средств датчиков.
8. 8. Система по п.7, в которой средство управления выполнено с возможностью производить выборки напряженности электромагнитного поля, измеряемой множеством индивидуальных средств датчиков, и передавать данные, относящиеся к напряженности поля, измеренной индивидуальными датчиками, с помощью упомянутого средства излучателя радиоволн, в котором передаваемые данные обеспечивают возможность уникальной идентификации того, которое из упомянутого множества средств датчиков измерило передаваемые данные.
9. 9. Система по п.8, содержащая средство синхронизации для синхронизации дискретизации индивидуальных средств датчиков.
10. 10. Система по п.9, в которой средство синхронизации содержит внутреннее соединение множества средств датчиков и средства синхронизации для обеспечения общего сигнала синхронизации для множества средств датчиков посредством внутреннего соединения.
11. 11. Система по п.9, в которой средства синхронизации выполнены с возможностью приема сигнала синхронизации посредством электромагнитного поля.
12. 12. Система по любому из пп.8-11, в которой каждое средство датчика имеет индивидуальное средство излучателя радиоволн.
13. 13. Система по п.12, в которой упомянутое индивидуальное средство излучателя радиоволн выполнено с возможностью передавать данные на отдельных частотах, чтобы обеспечивать возможность упомянутой уникальной идентификации.
14. 14. Система по любому из пп.1-13, в которой внутренний источник электропитания содержит электрически перезаряжаемое средство, такое как перезаряжаемая батарея или один или более конденсаторов.
15. 15. Система по п.14, дополнительно содержащая перезаряжаемое средство, выполненное с возможностью приема электроэнергии для перезарядки внутреннего источника электропитания посредством системы индуктивной передачи электроэнергии.
16. 16. Система по любому из пп.7-15, в которой множество средств датчиков обеспечено между внутренней камерой подвижного объекта и его наружной оболочкой.
17. 17. Система по любому из пп.7-15, в которой множество средств датчиков обеспечено на внутренней стороне внутренней камеры подвижного объекта.
18. 18. Система по любому из пп.7-17, в которой по меньшей мере часть упомянутого множества средств датчиков представляет собой пассивные датчики, содержащие антенную катушку, образующую часть настроенной схемы, которая снабжает электроэнергией средства датчиков посредством индукции от электромагнитного поля.
19. 19. Система по п.18, в которой настроенные схемы, снабжающие электроэнергией индивидуальные

    - 9 019314 датчики, взаимно соединены.
20. 20. Система по любому из пп.7-19, в которой количество средств датчиков составляет по меньшей мере 6 и предпочтительно находится в диапазоне 8-24.
21. 21. Система по любому из пп.1-20, в которой упомянутый объект представляет собой спортивный объект.
22. 22. Система по п.21, в которой спортивный объект представляет собой мяч, например футбольный мяч.
23. 23. Система по любому из пп.1-22, дополнительно содержащая средство идентификации для излучения уникальной идентификации подвижного объекта на стационарное средство обработки данных.
24. 24. Система по п.23, в которой средство идентификации дополнительно выполнено с возможностью излучения калибровочных данных и подробностей обмена данными для индивидуального подвижного объекта.