WO2005077466A2 - Method and device for displaying parameters of the trajectory of at least one moving object - Google Patents

Method and device for displaying parameters of the trajectory of at least one moving object Download PDF

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WO2005077466A2
WO2005077466A2 PCT/CH2005/000080 CH2005000080W WO2005077466A2 WO 2005077466 A2 WO2005077466 A2 WO 2005077466A2 CH 2005000080 W CH2005000080 W CH 2005000080W WO 2005077466 A2 WO2005077466 A2 WO 2005077466A2
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Hermann Beer
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    • A63B63/004Goals of the type used for football, handball, hockey or the like

Definitions

  • the present device relates to a method for displaying parameters of the path of at least one moving object and a device for carrying out this method.
  • WO 01/38898 discloses a method and a device of this type.
  • This prior art document is primarily concerned with the fact that the speed of a golf ball is displayed at the moment it is hit.
  • radar sensors are used, which are arranged in the area where the golf ball's teeing point is. Since the direction of movement of the golf ball is at least essentially known after it has been struck, it is possible to bring the main axes of the radar sensors into line with the direction of flight of the golf ball.
  • the main object of the present invention is to provide a method by means of which the speed of an object inside a target space can be measured and displayed, although the beginning of the movement or trajectory of the moving object is unknown or not determined in advance can.
  • FIG. 1 shows the essential components of a device for carrying out the present method, which contains, among other things, radar sensors
  • FIG. 2 shows a block circuit diagram of a section of the present device, this section of the present device being one of the radar sensors and the circuits connected to them 3 includes a block diagram which illustrates the design of the radar sensor
  • FIG. 6 shows a plan view of one of the goals of a playing field, including its apron and the radar sensors assigned to this goal, including their main radiation directions,
  • FIG. 7 shows a top view of the radiation lobes of the radar sensors from FIG. 6,
  • FIG. 8 shows a front view of the gate with its apron and the radar sensors assigned to this gate including their main radiation directions,
  • FIG. 9 shows a front view of the radiation lobes of the sensors from FIG. 8 10 shows a series of speed profiles which can be used to determine the speed of a flying sport object,
  • 11 and 12 show a further possibility for determining the actual speed of a flying sport object using a single sensor
  • 13 is a curve which illustrates the evaluation of the speed measurements with club suppression.
  • the present method can be used with special advantages in connection with sports events. If it is a matter of sporting events in which a ball moves, such as handball, football or the like, then the speed of the ball can be measured and displayed in a target area, for example in front of one of the goals. In ice hockey, the speed of the puck can be measured using the present method and device, etc.
  • the relevant measuring system comprises two sets 6 and 7 of radar sensors 5, each of which one of these sensor sets 6 and 7 is arranged in the area of one of the gates 2 and 3.
  • the sensors 5 are arranged behind the gates 2 and 3.
  • the sensors 5 it is also possible for the sensors 5 to be arranged in front of the gates 2 and 3, ie inside the playing field 1.
  • the sensors 5 of the respective set 6 or 7 are connected to a data concentrator 8.
  • the respective data concentrator 8 combines the signals received by individual sensors 5 into one or more signals before these signals are forwarded to their destination, which is normally a higher-level computer or a display.
  • These data concentrators can also be designed in such a way that they preprocess the measured values obtained from the sensors 5 and can only then forward them.
  • the measured values are passed from the concentrators 8 to a higher-level computer 9.
  • This computer 9 processes the received in such a way that it, for example are available as a video signal for a video mixer or directly for a large display 10, as is often installed in the sports stadiums.
  • the radar sensors 5 mentioned are not directed to a specific launch point of the object to be tracked, such as e.g. of a ball, because such a shooting point is not known in advance during the game.
  • the individual radar sensors 5 are aligned in such a way that the antenna characteristics of the radar sensors 5 cover the space from the relevant gate 2 or 3 as efficiently as possible.
  • Such an arrangement of the radar sensors 5 makes it possible to measure shots fired in the direction of the goal, even during the regular course of play in sports in which the players move freely in the field of play.
  • Such use of one or more radar sensors 5 also allows a speed measurement if players, in particular the goalkeeper, the line of sight between one or more of the radar sensors 5 and the ball is temporarily interrupted.
  • the present measuring device is designed in accordance with the circumstances of the relevant sport (football, ice hockey, etc.) with regard to the number of radar probes used behind the goal 2 or 3 in such a way that at least one sensor 5 always has direct visual contact with the sport object 4 at a suitable point , The speed of the sport object 4 can thus be measured, although it is shot at an unknown time and from an undefined point or position in the direction of goal 2 or 3.
  • FIG. 2 shows a block circuit diagram of a section of the present device, this section of the present device comprising one of the radar sensors 5 and the circuits connected to them for evaluating the signals emitted by the radar sensor 5.
  • Fig. 3 shows a block Circuit diagram which illustrates the design of the radar sensor 5.
  • the radar sensor 5 comprises an oscillator 11 which generates vibrations whose frequency can be between 2 GHz and 100 GHz. These vibrations are fed to an SE coupler 12, in which the vibrations supplied are divided into a transmission path 13 and a reception path 14. Via the transmission path 13, the vibrations reach the transmission antenna 15, which emits these vibrations as a progressing wave 16 to the object 4 (FIG. 2). A part 17 of these waves is reflected by objects 4 and a part of the reflected signal 17 reaches the receiving antenna 18 of the sensor 5. After amplification of the weak reception signal in a preamplifier 19, this signal is fed to a power divider 20, in which the latter Received signal is divided so that it can be fed to two mixers 21 and 22.
  • phase of the signals at the outputs of the mixers 21 and 22 is then +/- 90 degrees to one another, depending on whether the object 4 is moving towards the sensor 5 or away from it.
  • FIG. 2 also schematically shows one of the players 25. These are located in front of a cutout 26 from the net of the gate 2. Assume that the ball 4 moves against the net 26 of the gate 2 at a speed v1 of approximately 30 m / sec. A player 25 normally moves at a speed v2, which is generally well below 10 m / sec. The waves 17 returning to the sensor 5 contain information about these two speeds v1 and v2. The course of one of the signals which appears at the relevant terminal K1 or K2 is shown schematically in FIG. 4.
  • the lower speed v2 of the movement of the player 25 corresponds to a signal with a frequency f2 which is lower than that frequency f1 which carries the signal with the information about the speed v1 of the ball 4.
  • the signal with the higher frequency f1 is superimposed on the signal with the lower frequency f2, as shown in FIG. 4.
  • the .Circuits of the evaluation part of the present device are then connected to the terminals K1 and K2 of the radar sensor 5.
  • An evaluation circuit 31 or 32 is connected to the respective terminal K1 or K2.
  • the respective evaluation circuit 31 or 32 contains bandpasses 33 and 34, with the aid of which the radar signal is divided into adjacent frequency ranges.
  • the first of the bandpasses 33 is a bandpass for high speeds, which passes signals H1 and H2 at a higher frequency.
  • the second of the bandpasses 33 is a bandpass for low speeds, which passes signals L1 and L2 with a lower frequency L1 and L2.
  • the subdivision mentioned can be carried out with the aid of analog filter circuits or as a digital filter in a DSP (digital signal processor).
  • the speed range to be evaluated is divided into two ranges in the case shown, namely, in the higher range H1, H2 etc., ie radar stereo signal for the “high speed” range, and in L1, L2 etc., ie radar stereo signal for the "Low speed” range.
  • This subdivision results in a gain in the signal-to-noise ratio, especially when there are many moving objects of different speeds in the detection field 1.
  • a division into more than two sub-speed ranges brings a further improvement in the measurement results.
  • the radar signals are evaluated in parallel for all speed ranges. The highest of the parallel
  • the speeds determined are processed further in the evaluation of the speed measurements.
  • each frequency band there is a comparator with a trigger threshold, which converts a dominant signal into a square-wave signal.
  • the sports object 4 to be detected is characterized by a frequency-constant square-wave signal that occurs over a relatively long time interval. The occurrence of such a signal is recognized by the digital signal processing and as a flying sport object 4, i.e. Ball, puck, etc. recognized.
  • each radar sensor 5 generates speed values of the sport object 4 and of any player 2 present, which are expanded / developed by the concentrator 8.
  • the simplest type of this further processing is that the maximum value of the received measured values is passed on to the higher-level computer 9 or to the display, provided that the radar sensors can no longer determine speed measured values from the sport object 4 over a certain period of time.
  • the plausibility of the measured speed values can be checked. This test concerns in particular the test with regard to a sufficiently long flight phase with only a small acceleration dv / dt.
  • this check can relate to checking whether the measured maximum value is within plausible limits. Because the range of possible speeds of a ball 4 or the like is known. As long as the speed value is within these limits, it can be considered plausible.
  • a ball 4 or the like flying towards goal 2 or 3 has a relatively constant speed or only slight deviations dv / dt from a speed initially communicated to it. The speed is only output if the speed values are within the plausible limits.
  • Fig. 5 shows a vectorial representation of the situation in front of a goal 2 or 3, against which the ball 4 is shot. 5 shows a system of axes x, y and z which are at right angles to one another.
  • a first level Tau1 in which the axes x and y lie, lies in the plane of the playing field 1.
  • a second plane Tau2 in which the axes y and z lie, is perpendicular to the first plane Tau1 and this second plane Tau2 coincides with the mouth one of the gates 2 or 3 together.
  • the ball 4 initially lying on the floor 1 is shot from the middle of the width of the goal 2 or 3 laterally to the left and upwards against the goal at a speed v1.
  • the individual radar sensors 5 do not measure the actual speed of the sport object 4, but only those vector components of the speed of the sport object 4 which point in the direction of the main axis A of each of the radar sensors 5 in the second plane Tau2 (FIG. 5).
  • FIG. 6 shows a plan view of one of the gates 2 together with its apron and the radar sensors 5 assigned to this gate 2 and their main radiation directions.
  • FIG. 7 shows a top view of the radiation lobes of the radar sensors 5 from FIG. 6.
  • FIG. 8 shows a front view of the gate 2 together with its apron and the radar sensors 5 assigned to this gate 2 and their main radiation directions.
  • FIG. 9 shows a front view of the radiation lobes of the radar sensors 5 from FIG. 8.
  • FIGS. 6 to 9 there are several radar sensors 5 behind the gate 2. These radar sensors 5 are corresponding to the front surface over the surface Tau 2 of gate 2 distributed.
  • the radar sensors 51, 52, 53 and 54 are closer to the upper edge 27 of the gate 2.
  • the radar sensors 55, 56, 57 and 58 are closer to the floor 1.
  • FIGS. 7 and 9 show the positions and the directions of the lobes K51 to K58 of the radar sensors 51 to 58.
  • the radar sensors 51 to 58 oriented as shown are synchronized by the data concentrator 8 with a reference time signal.
  • the time at which the speed measurement value occurs is determined and passed on to the data concentrator 8.
  • the data concentrator 8 either takes over the calculation of the speed correction itself or it forwards the data to the higher-level computer 9. In such a case, the following processing steps take place there:
  • the speed measurements of the individual radar sensors 51 to 58 are each interpolated with a polynomial such that there is a speed-time curve for each sensor 51 to 58. These curves are generally not available for every sensor or for the entire flight time of the sport object 4, since the sport object can be covered by players 25. The sport object 4 can, however, also move away from the measuring range of the corresponding radar sensor. Time points are determined at which speed data (measured or interpolated) are available from as many sensors 51 to 58 as possible. At these times, the speed distribution, which was measured on the radar sensor level behind gate 2, is standardized and compared with stored speed profiles.
  • FIG. 10 shows a number of such speed profiles.
  • the respective speed profile comprises three mutually perpendicular planes E1, E2 and E3.
  • the first of these planes E1 represents the basic plane, it runs horizontally and comprises the coordinates y and z from the illustration in FIG. 5.
  • the second plane E2 is perpendicular to the basic plane E1 and the speed values of the sport object 4 are entered in this vertical direction , Within this spatial structure there is a curved plane Eg, which represents the speed profile mentioned.
  • the base plane E1 corresponds to the front mouth Tau 2 of the gate 2, which, however, runs vertically in FIG. 5.
  • the speed signals which originate from the radar sensors 51 to 58 arranged behind the gate 2, lie on the curved plane Eg when the ball 4 is at a specific position opposite the gate and when the ball has a specific direction of flight.
  • the speed profiles have different courses. A large number of such speed profiles is stored in computer 9, for example. stores. Together with each of the speed profiles, a number relating to the corresponding speed is stored in the computer 9.
  • the computer When assaulted information about the ball 4 comes from the sensors 51 to € 8 into the computer 9, the computer begins to compare this information with the information in the stored speed profiles. When the computer finds a corresponding stored speed profile, it displays the speed corresponding to this speed profile on the display panel 10. Each of the stored speed distributions is linked to a correction factor lambda, with which the measured speeds can be corrected. The position of the sport object 4 is thus not calculated, but rather the actual speed of the sport object 4 is only inferred from the comparison with stored speed distributions. The determined speed is output on the display 10, the superordinate computer 9 or in another suitable form. If no suitable (stored) speed distributions can be found, no speed value is output. As a result, cross passes in the area in front of the gate do not lead to a speed display, since no correction pattern is stored for speed vectors v1 (FIG. 5) which point past the gate at too great a distance.
  • speed vectors v1 FIG. 5
  • a further correction possibility is that the distance from moving or static objects can be determined by FMCW or frequency shift keying in the case of frequency-modulated radar modules.
  • the detuning of the transmission frequency results in a phase shift of the received Doppier signal that is proportional to the frequency deviation and distance. This phase shift can also be measured in the NF output signal of the radar module 5.
  • the speed in the direction of the radar module 5 and also the direct distance between the radar module 5 and the sport object 4 can thus be determined. will be closed.
  • the position of the sport object 4 can be determined if there are at least three radar sensors. If there are distance measurements from more than three radar sensors, groups of three can be formed and positions can be calculated. The target position is then calculated as a communication of these individual results. If the position of the sports object at the time of the speed measurement is known, the orientation and the amount of the speed vector can be calculated from the additionally available speed measurements.
  • 11 and 12 show a third possibility for determining the actual speed of a flying sport object.
  • a single radar sensor 5 may also be sufficient to determine the actual speed of a flying sport object:
  • the loss of speed of the sports object in the atmosphere is primarily determined by the air resistance.
  • the radar sensor 5 records the speed profile of the sport object 4 over a longer measuring distance.
  • the angular deviation of the trajectory of the sport object 4 can be concluded if the distance between the sport object 4 and the sensor 5 is known. With the division by the cosine The actual flight speed can be determined from this angular deviation.
  • this curve is checked against defined criteria in order to recognize the point in time at which the recorded curve is the free flight phase of the sport object 4, without the action of the racket. These criteria are as follows: - Monotonous decrease in speed values. - Small and defined negative speed change depending on the flight time of the sport object 4.
  • the movement sequence of the racket does not meet these criteria and in this way the present method can distinguish between the movement parameters of the sport object 4 and the movement parameters of the racket accelerating it.
  • the negative speed change as a function of time (deceleration) assumed by the evaluation depends on the sports object 4 used, its speed, the air resistance, the shape, the surface and the weight of the sports object 4.
  • the evaluation generally only outputs the maximum value of the speed of the free flight phase of the sports object. The automatic output takes place only if no new speed values are measured during a certain interval.

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Abstract

In Fig. (1) it is possible to see a simplified drawing of a football pitch (1) and two goals (2 and 3) which are located at opposite ends of the playing field (1). The device for carrying out the method for displaying the parameters of the trajectory of at least one moving object comprises two sets (6, 7) of radar sensors (5), whereby one of said set of sensors is respectively arranged in the region of one of the goals (2,3) of the playing field (1). The sensors (5) of each respective set (6, 7) are connected to a data concentrator (8) which combines signals received from individual sensors to form one or several signals before said signals are forwarded to a computer (9). The computer (9) then forwards the processed signals in the form of video signals to a video mixing desk or directly to a large display (10) such as those which are often installed in stadiums.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Anzeige von Parametern der Bahn zumindest eines bewegten GegenstandesMethod and device for displaying parameters of the path of at least one moving object
Die vorliegeade Einrichtung betrifft ein Verfahren zur Anzeige von Parametern der Bahn zumindest eines bewegten Gegenstandes sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The present device relates to a method for displaying parameters of the path of at least one moving object and a device for carrying out this method.
In WO 01/38898 ist ein Verfahren und eine Einrichtung dieser Gattung offenbart. In diesem Dokument des Standes der Technik handelt es sich vor allem darum, dass die Geschwindigkeit eines Golfballes im Moment seines Abschlages angezeigt wird. Dazu benützt man Radarsensoren, welche in jenem Bereich angeordnet sind, wo sich auch die Abschlagstelle des Golfballes befindet. Da die Bewegungsrichtung des Golfballes nach seinem Abschlag zumindest im wesentlichen bekannt ist, ist es möglich, die Hauptachsen der Radarsensoren mit der Flugrichtung des Golfballen in Übereinstimmung zu bringen.WO 01/38898 discloses a method and a device of this type. This prior art document is primarily concerned with the fact that the speed of a golf ball is displayed at the moment it is hit. For this purpose, radar sensors are used, which are arranged in the area where the golf ball's teeing point is. Since the direction of movement of the golf ball is at least essentially known after it has been struck, it is possible to bring the main axes of the radar sensors into line with the direction of flight of the golf ball.
Es gibt jedoch auch Situationen, in welchen der Anfang der Bewegungs- bzw. de Flugbahn eines sich bewegenden Gegenstandes , beispielsweise eines Sportobjektes wie z.B. eines Balls, Pucks usw. unbekannt ist und dennoch soll man die Geschwindigkeit des Gegenstandes im Inneren eines Zielraumes messen und anzeigen können.However, there are also situations in which the beginning of the movement or de trajectory of a moving object, for example a sports object such as e.g. of a ball, puck etc. is unknown and yet one should be able to measure and display the speed of the object inside a target area.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe die Geschwindigkeit eines Gegenstandes im Inneren eines Zielraumes gemessen und anzeigt werden kann, obwohl der Anfang der Bewegungs- bzw. der Flugbahn des sich bewegenden Gegenstandes unbekannt bzw. im Voraus nicht bestimmt werden kann.The main object of the present invention is to provide a method by means of which the speed of an object inside a target space can be measured and displayed, although the beginning of the movement or trajectory of the moving object is unknown or not determined in advance can.
Diese Aufgabe wir bei Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungs- gemäss so gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definiert ist.This object is achieved in accordance with the invention in methods of the type mentioned at the outset, as is the case in the characterizing part of patent claim 1 is defined.
Die genannte Aufgabe wird ferner mittels einer Einrichtung gelöst, welche im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 6 definiert ist.The stated object is also achieved by means of a device which is defined in the characterizing part of patent claim 6.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beilegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 die wesentlichen Bestandteile einer Einrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens, welche unter anderem Radarsensoren enthält, Fig. 2 ein Blockschaltschema eines Abschnittes der vorliegenden Einrichtung, wobei dieser Abschnitt der vorliegenden Einrichtung einen der Radarsensoren sowie die an diesen angeschlossenen Schaltkreise zur Auswertung der vom Radarsensor abgegebenen Signale umfasst, Fig. 3 ein Blockschaltbild, welches die Ausbildung des Radarsensors veran- schaulicht,Embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. 1 shows the essential components of a device for carrying out the present method, which contains, among other things, radar sensors, FIG. 2 shows a block circuit diagram of a section of the present device, this section of the present device being one of the radar sensors and the circuits connected to them 3 includes a block diagram which illustrates the design of the radar sensor,
Fig. 4 die Überlagerung von Signalen betreffend zwei Geschwindigkeiten, welche durch die Radarsensoren gemessen wurden,4 shows the superimposition of signals relating to two speeds, which were measured by the radar sensors,
Fig. 5 eine vektorielle Darstellung der Situation von einem Tor,5 is a vectorial representation of the situation of a gate,
Fig. 6 in einer Draufsicht eines der Tore eines Spielfeldes samt seinem Vorfeld und den diesem Tor zugeordneten Radarsensoren samt ihren Hauptstrahlungsrichtungen,6 shows a plan view of one of the goals of a playing field, including its apron and the radar sensors assigned to this goal, including their main radiation directions,
Fig. 7 in einer Draufsicht die Strahlungskeulen der Radarsensoren aus Fig. 6, Fig. 8 in einer Frontansicht das Tor samt seinem Vorfeld und den diesem Tor zugeordneten Radarsensoren samt ihren Hauptstrahlungsrichtungen, Fig. 9 in einer Frontansicht die Strahlungskeulen der Sensoren aus Fig. 8, Fig. 10 eine Reihe von Geschwindigkeitsprofilen, welche zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines fliegenden Sportobjekts verwendet werden können,7 shows a top view of the radiation lobes of the radar sensors from FIG. 6, FIG. 8 shows a front view of the gate with its apron and the radar sensors assigned to this gate including their main radiation directions, FIG. 9 shows a front view of the radiation lobes of the sensors from FIG. 8 10 shows a series of speed profiles which can be used to determine the speed of a flying sport object,
Fig. 11 und 12 zeigen eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der tatsächlichen Geschwindigkeit eines fliegenden Sportobjekts unter der Verwendung eines einzigen Sensors, und Fig. 13 eine Kurve, welche die Auswertung der Geschwindigkeitsmessungen mit Schlägerausblendung veranschaulicht.11 and 12 show a further possibility for determining the actual speed of a flying sport object using a single sensor, and 13 is a curve which illustrates the evaluation of the speed measurements with club suppression.
Fig. 1 zeigt=€h'e wesentlichen Bestandteile einer Einrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens. Das vorliegende Verfahren kann mit besonderen Vorteilen im Zusammenhang mit Sportveranstaltungen eingesetzt werden. Wenn es sich um Sportveranstaltungen handelt, bei welchen sich ein Ball bewegt, wie z.B. um Handball, Fussball oder dgl., dann kann die Geschwindigkeit des Balles in einem Zielraum, beispielsweise vor einem der Tore gemessen und angezeigt werden. Bei Eishockey kann die Geschwindigkeit des Pucks mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Einrichtung gemessen werden usw.Fig. 1 shows = € h ' e essential components of a device for performing the present method. The present method can be used with special advantages in connection with sports events. If it is a matter of sporting events in which a ball moves, such as handball, football or the like, then the speed of the ball can be measured and displayed in a target area, for example in front of one of the goals. In ice hockey, the speed of the puck can be measured using the present method and device, etc.
In Fig. 1 ist vereinfacht ein Fussballspielfeld 1 samt zwei Toren 2 und 3 darge- stellt, welche sich an einander gegenüberliegenden Enden des Spielfeldes 1 befinde. Die diesbezügliche Messanlage umfasst zwei Sätze 6 und 7 von Radarsensoren 5, von welchen je einer dieser Sensorensätze 6 bzw. 7 im Bereich eines der Tore 2 bzw. 3 angeordnet ist. Im in Fig. 1 dargestellten Fall sind die Sensoren 5 hinter den Toren 2 und 3 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Sensoren 5 vor den Toren 2 und 3, d.h. innerhalb des Spielfeldes 1 angeordnet sein. Die Sensoren 5 des jeweiligen Satzes 6 bzw. 7 sind an einen Da- tenkonzentrator 8 angeschlossen. Der jeweilige Datenkonzentrator 8 kombiniert die von einzelnen Sensoren 5 empfangene Signale zu einem oder zu mehreren Signalen, bevor diese Signale an ihren Bestimmungsort, welcher im Normalfall ein übergeordneter Rechner oder eine Anzeige ist, weitergeleitet werden. Diese Datenkonzentratoren können ausserdem auch so ausgeführt sein, dass sie die von den Sensoren 5 erhaltenen Messwerte vorverarbeiten und erst dann weiterleiten kann. Im in Fig. 1 dargestellten Fall werden die Messwerte von den Konzentratoren 8 zu einem übergeordneten Computer 9 geleitet. Diese Rechner 9 verarbeitet die erhaltenen in der Weise, dass sie z.B. als Videosignal für ein Videomischpult oder direkt für eine Grossanzeige 10, wie sie in den Sportstadien oft installiert sind, zur Verfügung stehen.1 shows in simplified form a soccer field 1 including two goals 2 and 3, which are located at opposite ends of the field 1. The relevant measuring system comprises two sets 6 and 7 of radar sensors 5, each of which one of these sensor sets 6 and 7 is arranged in the area of one of the gates 2 and 3. In the case shown in FIG. 1, the sensors 5 are arranged behind the gates 2 and 3. However, it is also possible for the sensors 5 to be arranged in front of the gates 2 and 3, ie inside the playing field 1. The sensors 5 of the respective set 6 or 7 are connected to a data concentrator 8. The respective data concentrator 8 combines the signals received by individual sensors 5 into one or more signals before these signals are forwarded to their destination, which is normally a higher-level computer or a display. These data concentrators can also be designed in such a way that they preprocess the measured values obtained from the sensors 5 and can only then forward them. In the case shown in FIG. 1, the measured values are passed from the concentrators 8 to a higher-level computer 9. This computer 9 processes the received in such a way that it, for example are available as a video signal for a video mixer or directly for a large display 10, as is often installed in the sports stadiums.
Die genannten Radarsensoren 5 sind nicht auf einen bestimmten Ab— schusspunkt des zu verfolgenden Gegenstandes, wie z.B. eines Balles gerichtet, weil ein solcher Abschusspunkt während des Spieles in vornherein nicht bekannt ist. Die einzelnen Radarsensoren 5 sind so ausgerichtet, dass die Antennencharakteristiken der Radarsensoren 5 den Raum von dem betreffenden Tor 2 bzw. 3 möglichst effizient abdecken. Aufgrund einer solchen Anordnung der Radarsensoren 5 ist die Messung von Schüssen, die in der Torrichtung abgegeben werden, auch während dem regulären Spielverlauf von Sportarten, bei welchen sich die Spieler im Spielfeld frei bewegen, möglich. Eine solche Verwendung eines oder mehreren Radarsensoren 5 erlaubt auch dann eine Geschwindigkeitsmessung, wenn Spieler, insbesondere der Torwart, die Sicht- Verbindung zwischen einem oder mehreren der Radarsensoren 5 und dem Ball vorübergehend unterbrochen wird. Falls nur ein einziger Radarsensor im Bereich des Tores 2 bzw. 3 verwendet wird, so muss dieser Sensor 5 relativ hoch über dem Tor 2 bzw. 3 angeordnet sein. Die vorliegende Messeinrichtung ist entsprechend den Gegebenheiten der betreffenden Sportart (Fussball, Eis- hockey usw.) hinsichtlich der Anzahl der hinter dem Tor 2 bzw. 3 eingesetzten Radarsonden so ausgelegt, dass immer mindestens ein Sensor 5 an geeigneter Stelle direkten Sichtkontakt zum Sportobjekt 4 hat. So kann die Geschwindigkeit des Sportobjektes 4 gemessen werden, obwohl dieses zu einem nicht bekannten Zeitpunkt und von einer nicht definierten Stelle bzw. Position in Richtung Tor 2 bzw. 3 abgeschossen wird.The radar sensors 5 mentioned are not directed to a specific launch point of the object to be tracked, such as e.g. of a ball, because such a shooting point is not known in advance during the game. The individual radar sensors 5 are aligned in such a way that the antenna characteristics of the radar sensors 5 cover the space from the relevant gate 2 or 3 as efficiently as possible. Such an arrangement of the radar sensors 5 makes it possible to measure shots fired in the direction of the goal, even during the regular course of play in sports in which the players move freely in the field of play. Such use of one or more radar sensors 5 also allows a speed measurement if players, in particular the goalkeeper, the line of sight between one or more of the radar sensors 5 and the ball is temporarily interrupted. If only a single radar sensor is used in the area of the gate 2 or 3, then this sensor 5 must be arranged relatively high above the gate 2 or 3. The present measuring device is designed in accordance with the circumstances of the relevant sport (football, ice hockey, etc.) with regard to the number of radar probes used behind the goal 2 or 3 in such a way that at least one sensor 5 always has direct visual contact with the sport object 4 at a suitable point , The speed of the sport object 4 can thus be measured, although it is shot at an unknown time and from an undefined point or position in the direction of goal 2 or 3.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltschema eines Abschnittes der vorliegenden Einrichtung, wobei dieser Abschnitt der vorliegenden Einrichtung einen der Radarsensoren 5 sowie die an diesen angeschlossenen Schaltkreise zur Auswertung der vom Radarsensor 5 abgegebenen Signalen umfasst. Fig. 3 zeigt ein Block- schaltschema, welches die Ausbildung des Radarsensors 5 veranschaulicht.2 shows a block circuit diagram of a section of the present device, this section of the present device comprising one of the radar sensors 5 and the circuits connected to them for evaluating the signals emitted by the radar sensor 5. Fig. 3 shows a block Circuit diagram which illustrates the design of the radar sensor 5.
Der Radarsensor 5 umfasst einen Oszillator 11 , welcher Schwingungen erzeugt, dere - Frequenz zwischen 2 GHz und 100 GHz liegen kann. Diese Schwingungen werden einem SE-Koppler 12 zugeführt, in welchem die zugeführten Schwingungen in einen Sendepfad 13 und einen Empfangspfad 14 aufgeteilt werden. Über den Sendepfad 13 gelangen die Schwingungen zur Sendeantenne 15, welche diese Schwingungen als fortschreitende Welle 16 zum Objekten 4 (Fig. 2) abstrahlt. Vom Objekten 4 wird ein Teil 17 dieser Wel- len reflektiert und ein Teil des reflektierten Signals 17 erreicht die Empfangsantenne 18 des Sensors 5. Nach einer Verstärkung des an sich schwachen Empfangssignals in einem Vorverstärker 19 wird dieses Signal einem Leistungsteiler 20 zugeführt, in welchem dieses Empfangssignal so aufgeteilt wird, dass es zwei Mischern 21 und 22 zugeführt werden kann. Zwischen dem Lei- stungskoppler 20 und einem der Mischer 22 befindet sich ein Verzögerungsglied 23, sodass das Empfangssignal um ein Viertel der Wellenlänge diesem zweiten Mischer 22 zugeführt wird. Über den genannten Empfangspfad 14 gelangt dieser Teil der Schwingung zu einem zweiten Koppler 24, in welchem dieses Signals in zwei Signale aufgeteilt wird, wobei je eines dieser aufgeteilten Signale dem zweiten Eingang der Mischer 21 und 22 zugeführt wird.The radar sensor 5 comprises an oscillator 11 which generates vibrations whose frequency can be between 2 GHz and 100 GHz. These vibrations are fed to an SE coupler 12, in which the vibrations supplied are divided into a transmission path 13 and a reception path 14. Via the transmission path 13, the vibrations reach the transmission antenna 15, which emits these vibrations as a progressing wave 16 to the object 4 (FIG. 2). A part 17 of these waves is reflected by objects 4 and a part of the reflected signal 17 reaches the receiving antenna 18 of the sensor 5. After amplification of the weak reception signal in a preamplifier 19, this signal is fed to a power divider 20, in which the latter Received signal is divided so that it can be fed to two mixers 21 and 22. There is a delay element 23 between the power coupler 20 and one of the mixers 22, so that the received signal is fed to this second mixer 22 by a quarter of the wavelength. This part of the oscillation reaches a second coupler 24 via the receive path 14, in which this signal is divided into two signals, one of these divided signals being fed to the second input of the mixers 21 and 22.
Die Phase der Signale an den Ausgängen der Mischer 21 und 22 beträgt dann zueinander +/- 90 Grad, und zwar in Abhängigkeit davon, ob sich das Objekt 4 auf den Sensor 5 zu oder von diesem weg bewegt.The phase of the signals at the outputs of the mixers 21 and 22 is then +/- 90 degrees to one another, depending on whether the object 4 is moving towards the sensor 5 or away from it.
In Fig. 2 ist neben dem Ball 4 auch einer der Spieler 25 schematisch dargestellt. Diese befinden sich vor einem Ausschnitt 26 aus dem Netz des Tores 2. Angenommen, dass sich der Ball 4 mit einer Geschwindigkeit v1 von etwa 30m/sec gegen das Netz 26 des Tores 2 hin bewegt. Ein Spieler 25 bewegt sich normalerweise mit einer Geschwindigkeit v2, welche etwa im allgemeinen deutlich unter 10m/sec beträgt. Die zum Sensor 5 zurückkehrenden Wellen 17 enthalten Informationen über diese beiden Geschwindigkeiten v1 und v2. Der Verlauf eines der Signale, welches an der betreffenden Klemme K1 bzw. K2 erscheint, ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Der kleineren Geschwindigkeit v2 der Bewegung des Spielers 25 entspricht ein Signal mit einer Frequenz f2, welche kleiner ist als jene Frequenz f1 , welche das Signal mit der Information über die Geschwindigkeit v1 des Balles 4 trägt. Das Signal mit der höheren Frequenz f1 ist dem Signal mit der niedrigeren Frequenz f2 überlagert, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.In addition to the ball 4, FIG. 2 also schematically shows one of the players 25. These are located in front of a cutout 26 from the net of the gate 2. Assume that the ball 4 moves against the net 26 of the gate 2 at a speed v1 of approximately 30 m / sec. A player 25 normally moves at a speed v2, which is generally well below 10 m / sec. The waves 17 returning to the sensor 5 contain information about these two speeds v1 and v2. The course of one of the signals which appears at the relevant terminal K1 or K2 is shown schematically in FIG. 4. The lower speed v2 of the movement of the player 25 corresponds to a signal with a frequency f2 which is lower than that frequency f1 which carries the signal with the information about the speed v1 of the ball 4. The signal with the higher frequency f1 is superimposed on the signal with the lower frequency f2, as shown in FIG. 4.
An die Klemmen K1 und K2 des Radarsensors 5 sind dann die .Schaltkreise des Auswertungsteiles der vorliegenden Einrichtung angeschlossen. An die jeweilige Klemme K1 bzw. K2 wird ein Auswerteschaltkreis 31 bzw. 32 angeschlossen. Der jeweilige Auswerteschaltkreis 31 bzw. 32 enthält Bandpässe 33 und 34, mit deren Hilfe das Radarsignal in einander angrenzende Frequenzbe- reiche aufgeteilt wird. Der erste der Bandpässe 33 ist ein Bandpass für hohe Geschwindigkeiten, welcher Signale H1 bzw. H2 mit einer höheren Frequenz durchlässt. Der zweite der Bandpässe 33 ist ein Bandpass für tiefe Geschwindigkeiten, welcher Signale L1 bzw. L2 mit einer niedrigeren Frequenz L1 bzw. L2 durchlässt. Die genannte Unterteilung kann mit Hilfe von analogen Filter- Schaltungen oder als digitale Filter in einem DSP (Digital Signal Prozessor).The .Circuits of the evaluation part of the present device are then connected to the terminals K1 and K2 of the radar sensor 5. An evaluation circuit 31 or 32 is connected to the respective terminal K1 or K2. The respective evaluation circuit 31 or 32 contains bandpasses 33 and 34, with the aid of which the radar signal is divided into adjacent frequency ranges. The first of the bandpasses 33 is a bandpass for high speeds, which passes signals H1 and H2 at a higher frequency. The second of the bandpasses 33 is a bandpass for low speeds, which passes signals L1 and L2 with a lower frequency L1 and L2. The subdivision mentioned can be carried out with the aid of analog filter circuits or as a digital filter in a DSP (digital signal processor).
Der auszuwertende Geschwindigkeitsbereich wird im dargestellten Fall in zwei Bereiche unterteilt, nämlich, in den höheren Bereich H1 , H2 usw., d.h. Radar- Stereosignal für den „High Speed" Bereich, und in L1 , L2 usw., d.h. Radar- Stereosignal für den „Low Speed" Bereich. Durch diese Unterteilung ergibt sich ein Gewinn im Störabstand, speziell dann, wenn sich viele bewegte Objekte unterschiedlicher Geschwindigkeiten im Detektionsfeld 1 befinden. Eine Unterteilung in mehr als zwei Sub-Geschwindigkeitsbereiche bringt eine weitere Verbesserung der Messresultate. Die Auswertung der Radarsignale findet je- weils parallel für alle Geschwidigkeitsbereiche statt. Die höchste der parallel ermittelten Geschwindigkeiten wird in der Auswertung der Geschwindigkeitsmessungen weiterverarbeitet.The speed range to be evaluated is divided into two ranges in the case shown, namely, in the higher range H1, H2 etc., ie radar stereo signal for the “high speed” range, and in L1, L2 etc., ie radar stereo signal for the "Low speed" range. This subdivision results in a gain in the signal-to-noise ratio, especially when there are many moving objects of different speeds in the detection field 1. A division into more than two sub-speed ranges brings a further improvement in the measurement results. The radar signals are evaluated in parallel for all speed ranges. The highest of the parallel The speeds determined are processed further in the evaluation of the speed measurements.
In jedem Frequenzband ist ein Komparator mit einer Triggerschwelle vorhan- den, welcher ein dominant auftretendes Signal in ein Rechtecksignal umwandelt. Das zu detektierende Sportobjekt 4 zeichnet sich im Gegensatz zu den Bewegungen eines Spielers 25 durch ein über ein relativ langes Zeitinterval hinweg auftretendes, frequenzkonstantes Rechtecksignal aus. Das Auftreten eines solchen Signals wird von der digitalen Signalverarbeitung erkannt und als fliegendes Sportobjekt 4, d.h. Ball, Puck usw., erkannt.In each frequency band there is a comparator with a trigger threshold, which converts a dominant signal into a square-wave signal. In contrast to the movements of a player 25, the sports object 4 to be detected is characterized by a frequency-constant square-wave signal that occurs over a relatively long time interval. The occurrence of such a signal is recognized by the digital signal processing and as a flying sport object 4, i.e. Ball, puck, etc. recognized.
Wie bereits erwähnt, generiert jeder Radarsensor 5 Geschwindigkeitswerte des Sportobjektes 4 und des allfällig anwesenden Spielers 2, welche vom Konzen- trator 8 weiten/erarbeitet werden. Die einfachste Art dieser Weiterverarbeitung besteht darin, dass der Höchstwert der eingegangenen Messwerte an den übergeordneten Rechner 9 bzw. an die Anzeige weitergegeben wird, sofern von den Radarsensoren über einen bestimmten Zeitraum hinweg keine Geschwindigkeitsmesswerte vom Sportobjekt 4 mehr ermittelt werden können. Die gemessenen Geschwindigkeitswerte können hinsichtlich ihrer Plausibilität überprüft werden. Diese Prüfung betrifft im Besonderen die Prüfung hinsichtlich einer ausreichend langen Flugphase mit nur kleiner Beschleunigung dv/dt. Ferner kann diese Prüfung die Prüfung betreffen, ob der gemessene Höchstwert innerhalb von plausiblen Grenzen liegt. Denn der Bereich der möglichen Geschwindigkeiten eines Balles 4 oder dgl. ist bekannt. Solange der Geschwin- digkeitswert innerhalb dieser Grenzen liegt, dann kann er als plausibel betrachtet werden. Ausserdem weiss man, dass ein auf das Tor 2 bzw. 3 zufliegender Ball 4 oder dgl. eine verhältnismässig konstante Geschwindigkeit bzw. nur geringe Abweichungen dv/dt von einer ihm zunächst mitgeteilten Geschwindigkeit aufweist. Die Ausgabe der Geschwindigkeit erfolgt nur dann, wenn die Geschwindigkeitswerte innerhalb der plausiblen Grenzen liegen. Fig. 5 zeigt eine vektorielle Darstellung der Situation vor einem Tor 2 bzw. 3, gegen welches hin der Ball 4 geschossen wird. In Fig. 5 ist ein System aus rechtwinklicLZueinander stehenden Achsen x, y und z dargestellt. Eine_erste Ebene Tau1 , in welcher die Achsen x und y liegen, liegt in der Ebene des Spielfeldes 1. Eine zweite Ebene Tau2, in welcher die Achsen y und z liegen, steht senkrecht zur ersten Ebene Tau1 und diese zweite Ebene Tau2 fällt mit der Mündung eines der Tore 2 bzw. 3 zusammen. Der zunächst auf dem Boden 1 liegende Ball 4 wird etwa von der Mitte der Breite des Tores 2 bzw. 3 seitlich nach links und aufwärts gegen das Tor mit einer Geschwindigkeit v1 geschossen. Den Winkel, welchen die Flugbahn des Balles 4 mit der horizontalen Ebene Tau1 schliesst, nennen wir Phi. Den Winkel, welchen die Flugbahn des Balles 4 mit einer vertikal verlaufenden und zur zweiten Ebene Tau2 senkrecht stehenden Ebene schliesst, nennen wir Gamma. Die einzelnen Radar- sensoren 5 messen nicht die tatsächliche Geschwindigkeit des Sportobjekts 4, sondern nur jene Vektorkomponenten der Geschwindigkeit des Sportobjekts 4, welche in Richtung der Hauptachse A jedes einzelnen der Radarsensoren 5 in der zweiten Ebene Tau2 zeigen (Fig. 5). Die jeweils gemessene Geschwindigkeit ergibt sich zu: v(gemessen) = v(ist) * cos(vertikaler Fehlwinkel Phi) * cos(horizontaler Fehlwinkel Gamma)As already mentioned, each radar sensor 5 generates speed values of the sport object 4 and of any player 2 present, which are expanded / developed by the concentrator 8. The simplest type of this further processing is that the maximum value of the received measured values is passed on to the higher-level computer 9 or to the display, provided that the radar sensors can no longer determine speed measured values from the sport object 4 over a certain period of time. The plausibility of the measured speed values can be checked. This test concerns in particular the test with regard to a sufficiently long flight phase with only a small acceleration dv / dt. In addition, this check can relate to checking whether the measured maximum value is within plausible limits. Because the range of possible speeds of a ball 4 or the like is known. As long as the speed value is within these limits, it can be considered plausible. In addition, it is known that a ball 4 or the like flying towards goal 2 or 3 has a relatively constant speed or only slight deviations dv / dt from a speed initially communicated to it. The speed is only output if the speed values are within the plausible limits. Fig. 5 shows a vectorial representation of the situation in front of a goal 2 or 3, against which the ball 4 is shot. 5 shows a system of axes x, y and z which are at right angles to one another. A first level Tau1, in which the axes x and y lie, lies in the plane of the playing field 1. A second plane Tau2, in which the axes y and z lie, is perpendicular to the first plane Tau1 and this second plane Tau2 coincides with the mouth one of the gates 2 or 3 together. The ball 4 initially lying on the floor 1 is shot from the middle of the width of the goal 2 or 3 laterally to the left and upwards against the goal at a speed v1. We call the angle which the trajectory of the ball 4 makes with the horizontal plane Tau1 Phi. We call the angle which the trajectory of the ball 4 makes with a plane running vertically and perpendicular to the second plane Tau2, gamma. The individual radar sensors 5 do not measure the actual speed of the sport object 4, but only those vector components of the speed of the sport object 4 which point in the direction of the main axis A of each of the radar sensors 5 in the second plane Tau2 (FIG. 5). The measured speed results in: v (measured) = v (actual) * cos (vertical error angle Phi) * cos (horizontal error angle gamma)
Falls aufgrund der Anordnung des eingesetzten Radarsensors 5 die maximal auftretenden Fehlwinkel Phi und Gamma so klein sind, dass sie das Messer- gebnis unterhalb eines akzeptablen Grenzwerts nicht verfälschen, so ist diese Methode der Ausgabe des höchsten Messwerts zulässig. Denn bei geringem Fehlwinkel zu mindestens einem der Sensoren in der Ebene Tau 2, welcher Geschwindigkeitsmesswerte des Sportobjektes 4 aufnehmen konnte, wird nur eine nur geringfügig niedrigere Geschwindigkeit an- gezeigt. Falls die Geschwindigkeit des Sportobjekts 4 jedoch mit einer höheren Genauigkeit ermittelt werden soll, so müssen mehrere Radarsensoren 5 verwendet werden uncLdie so gewonnenen Messergebnisse müssen zugleich in Betracht gezogen werden. Eine diesbezügliche Anordnung der Radarsensoren 5 für ein Fussballfeld 1 ist in Fig. 6 bis 9 gezeigt. Fig. 6 zeigt in einer Draufsicht eines der Tore 2 samt seinem Vorfeld und den diesem Tor 2 zugeordneten Radarsensoren 5 samt ihren Hauptstrahlungsrichtungen. Fig. 7 zeigt in einer Draufsicht die Strahlungskeulen der Radarsensoren 5 aus Fig. 6. Fig. 8 zeigt in einer Frontansicht das Tor 2 samt seinem Vorfeld und den diesem Tor 2 zugeordneten Radarsensoren 5 samt ihren Hauptstrahlungsrichtungen. Fig. 9 zeigt in einer Frontansicht die Strahlungskeulen der Radarsensoren 5 aus Fig. 8. Im in Fig. 6 bis 9 dargestellten Fall befinden sich mehrere Radarsensoren 5 hinter dem Tor 2. Diese Radarsensoren 5 sind über die Fläche Tau 2 entspre- chend der Frontfläche des Tores 2 verteilt. Näher an der oberen Kante 27 des Tores 2 befinden sich die Radarsensoren 51 , 52, 53 und 54. Näher am Boden 1 befinden sich die Radarsensoren 55, 56, 57 und 58. Fig. 7 und 9 zeigen die Lagen und die Richtungen der Keulen K51 bis K58 der Radarsensoren 51 bis 58.If, due to the arrangement of the radar sensor 5 used, the maximum error angles Phi and gamma that occur are so small that they do not falsify the measurement result below an acceptable limit value, this method of outputting the highest measured value is permissible. Because if there is a small misalignment to at least one of the sensors in plane Tau 2, which could record speed measurements of the sport object 4, only a slightly lower speed is displayed. However, if the speed of the sport object 4 is to be determined with a higher degree of accuracy, then several radar sensors 5 must be used and the measurement results obtained in this way must be taken into account at the same time. A relevant arrangement of the radar sensors 5 for a soccer field 1 is shown in FIGS. 6 to 9. 6 shows a plan view of one of the gates 2 together with its apron and the radar sensors 5 assigned to this gate 2 and their main radiation directions. FIG. 7 shows a top view of the radiation lobes of the radar sensors 5 from FIG. 6. FIG. 8 shows a front view of the gate 2 together with its apron and the radar sensors 5 assigned to this gate 2 and their main radiation directions. FIG. 9 shows a front view of the radiation lobes of the radar sensors 5 from FIG. 8. In the case shown in FIGS. 6 to 9, there are several radar sensors 5 behind the gate 2. These radar sensors 5 are corresponding to the front surface over the surface Tau 2 of gate 2 distributed. The radar sensors 51, 52, 53 and 54 are closer to the upper edge 27 of the gate 2. The radar sensors 55, 56, 57 and 58 are closer to the floor 1. FIGS. 7 and 9 show the positions and the directions of the lobes K51 to K58 of the radar sensors 51 to 58.
Die wie dargestellt orientierten Radarsensoren 51 bis 58 werden vom Datenkonzentrator 8 mit einem Referenz - Zeitsignal synchronisiert. Zusätzlich zum vom jeweiligen Radarsensor 51 bis 58 abgegebenen Geschwindigkeitsmesswert wird der Zeitpunkt des Auftretens des Geschwindigkeitsmesswerts ermit- telt und an den Datenkonzentrator 8 weitergegeben. Der Datenkonzentrator 8 übernimmt entweder die Berechnung der Geschwindigkeitskorrektur selber oder er leitet die Daten zum übergeordneten Rechner 9 weiter. Dort erfolgen in einem solchen Fall die folgenden Verarbeitungsschritte:The radar sensors 51 to 58 oriented as shown are synchronized by the data concentrator 8 with a reference time signal. In addition to the speed measurement value emitted by the respective radar sensor 51 to 58, the time at which the speed measurement value occurs is determined and passed on to the data concentrator 8. The data concentrator 8 either takes over the calculation of the speed correction itself or it forwards the data to the higher-level computer 9. In such a case, the following processing steps take place there:
Die Geschwindigkeitsmesswerte der einzelnen Radarsensoren 51 bis 58 wer- den jeweils mit einem Polynom derartig interpoliert, dass für jeden Sensor 51 bis 58 eine Geschwindigkeits - Zeit Kurve vorliegt. Diese Kurven sind im allgemeinen nicht für jeden Sensor bzw. für die gesamte Flugzeit des Sportobjekts 4 verfügbar, da das Sportobjekt von Spielern 25 abgedeckt werden kann. Das Sportobjekt 4 kann sich aus dem Messbereich des entsprechenden Radarsensors jedoch auch entfernen. Es werden Zeitpunkte festgestellt, bei denen von möglichst vielen Sensoren 51 bis 58 Geschwindigkeitsdaten (gemessene oder interpolierte) vorhanden sind. Zu diesen Zeitpunkten wird die Geschwindigkeitsverteilung, welche auf der Radarsensor - Ebene hinter dem Tor 2 gemessen wurde, normiert und mit hinterlegten Geschwindigkeitsprofilen verglichen.The speed measurements of the individual radar sensors 51 to 58 are each interpolated with a polynomial such that there is a speed-time curve for each sensor 51 to 58. These curves are generally not available for every sensor or for the entire flight time of the sport object 4, since the sport object can be covered by players 25. The sport object 4 can, however, also move away from the measuring range of the corresponding radar sensor. Time points are determined at which speed data (measured or interpolated) are available from as many sensors 51 to 58 as possible. At these times, the speed distribution, which was measured on the radar sensor level behind gate 2, is standardized and compared with stored speed profiles.
Fig. 10 zeigt eine Anzahl solcher Geschwindigkeitsprofile. Das jeweilige Geschwindigkeitsprofil umfasst drei zueinander senkrecht stehende Ebenen E1 , E2 und E3. Die erste dieser Ebenen E1 stellt die Grundebene dar, sie verläuft horizontal und sie umfasst die Koordinaten y und z aus der Darstellung in Fig. 5. Die zweite Ebene E2 steht senkrecht zur Grundebene E1 und in dieser vertikalen Richtung sind die Geschwindigkeitswerte des Sportobjektes 4 eingetragen. Innerhalb dieses räumlichen Gebildes befindet sich eine gekrümmte Ebe- ne Eg, welche das erwähnte Geschwindigkeitsprofil darstellt. Die Grundebene E1 entspricht der vorderen Mündung Tau 2 des Tores 2, welche in Fig. 5 allerdings vertikal verläuft. Auf der gekrümmten Ebene Eg liegen die Geschwindigkeitssignale, welche von den hinter dem Tor 2 angeordneten Radarsensoren 51 bis 58 herrühren, wenn sich der Ball 4 an einer bestimmten Position gegen- über dem Tor befindet und wenn der Ball eine bestimmte Flugrichtung aufweist. Unterhalb des jeweiligen Geschwindigkeitsprofils in Fig. 10 sind Zahlenangaben vorhanden, welche die Ausgangsposition des Balles 4 gegenüber dem Tor 2 sowie die Winkel der Flugbahn des Balles 4 angeben. Je nach diesen Angaben weisen die Geschwindigkeitsprofile unterschiedlichen Verlauf. Eine grosse Anzahl solcher Geschwindigkeitsprofile ist beispielsweise im Rechner 9 ge- speichert. Zusammen mit jedem der Geschwindigkeitsprofile ist eine Zahlenangabe betreffend die entsprechende Geschwindigkeit im Rechner 9 gespeichert.Figure 10 shows a number of such speed profiles. The respective speed profile comprises three mutually perpendicular planes E1, E2 and E3. The first of these planes E1 represents the basic plane, it runs horizontally and comprises the coordinates y and z from the illustration in FIG. 5. The second plane E2 is perpendicular to the basic plane E1 and the speed values of the sport object 4 are entered in this vertical direction , Within this spatial structure there is a curved plane Eg, which represents the speed profile mentioned. The base plane E1 corresponds to the front mouth Tau 2 of the gate 2, which, however, runs vertically in FIG. 5. The speed signals, which originate from the radar sensors 51 to 58 arranged behind the gate 2, lie on the curved plane Eg when the ball 4 is at a specific position opposite the gate and when the ball has a specific direction of flight. Below the respective speed profile in FIG. 10 there are numerical data which indicate the starting position of the ball 4 relative to the goal 2 and the angle of the trajectory of the ball 4. Depending on this information, the speed profiles have different courses. A large number of such speed profiles is stored in computer 9, for example. stores. Together with each of the speed profiles, a number relating to the corresponding speed is stored in the computer 9.
Wenn bestürmter Angaben über den Ball 4 von den Sensoren 51 bis €8 in den Rechner 9 kommen, beginnt der Rechner diese Angaben mit den Angaben in den gespeicherten Geschwindigkeitsprofilen zu vergleichen. Wenn der Rechner ein entsprechendes gespeichertes Geschwindigkeitsprofil findet, dann zeigt er die diesem Geschwindigkeitsprofil entsprechende Geschwindigkeit an der Anzeigetafel 10 an. Jede der hinterlegten Geschwindigkeitsverteilungen ist mit einem Korrekturfaktor Lambda verknüpft, mit dem die gemessenen Geschwindigkeiten korrigiert werden können. Es wird dabei somit nicht die Position des Sportobjekts 4 errechnet sondern lediglich über den Vergleich mit hinterlegten Geschwindigkeitsverteilungen auf die tatsächliche Geschwindigkeit des Sportobjekts 4 geschlossen. Die ermittelte Geschwindigkeit wird auf die Anzeige 10, den übergeordneten Rechner 9 oder in sonstig geeigneter Form ausgeben. Wenn keine passende (hinterlegte) Geschwindigkeitsverteilungen gefunden werden kann, wird kein Geschwindigkeitswert ausgegeben. Dadurch führen Querpässe im Raum vor dem Tor nicht zu einer Geschwindigkeitsanzeige, da für Geschwindigkeitsvektoren v1 (Fig. 5), welche mit zu grossem Abstand am Tor vorbei zeigen, kein Korrekturmuster hinterlegt wird.When assaulted information about the ball 4 comes from the sensors 51 to € 8 into the computer 9, the computer begins to compare this information with the information in the stored speed profiles. When the computer finds a corresponding stored speed profile, it displays the speed corresponding to this speed profile on the display panel 10. Each of the stored speed distributions is linked to a correction factor lambda, with which the measured speeds can be corrected. The position of the sport object 4 is thus not calculated, but rather the actual speed of the sport object 4 is only inferred from the comparison with stored speed distributions. The determined speed is output on the display 10, the superordinate computer 9 or in another suitable form. If no suitable (stored) speed distributions can be found, no speed value is output. As a result, cross passes in the area in front of the gate do not lead to a speed display, since no correction pattern is stored for speed vectors v1 (FIG. 5) which point past the gate at too great a distance.
Eine weitere Korrekturmöglichkeit besteht darin, dass bei frequenzmodulierba- ren Radarmodulen die Distanz von bewegten oder statischen Objekten durch FMCW bzw. Frequenzumtastung ermittelt werden kann. Durch das Verstimmen der Sendefrequenz ergibt sich eine der Frequenzabweichung und Entfernung proportionale Phasenverschiebung des empfangenen Doppier - Signals. Diese Phasenverschiebung kann auch im Nf-Ausgangssignal des Radarmoduls 5 gemessen werden. Damit kann bei einer geeigneten Auswertung des Radarsignals auf die Geschwindigkeit in Richtung des Radarmoduls 5 sowie zusätzlich auf die direkte Entfernung zwischen Radarmodul 5 und Sportobjekt 4 ge- schlössen werden.A further correction possibility is that the distance from moving or static objects can be determined by FMCW or frequency shift keying in the case of frequency-modulated radar modules. The detuning of the transmission frequency results in a phase shift of the received Doppier signal that is proportional to the frequency deviation and distance. This phase shift can also be measured in the NF output signal of the radar module 5. With a suitable evaluation of the radar signal, the speed in the direction of the radar module 5 and also the direct distance between the radar module 5 and the sport object 4 can thus be determined. will be closed.
Mit Hilfe trigonometrischer Berechnungen, welche aus der 3 — Punkt Ortung von Objekten bekannt sind, kann bei vorhandenen Abstandsrnessungen von mindestens drei Radarsensoren die Position des Sportobjekts 4 ermittelt werden. Wenn von mehr als drei Radarsensoren Abstandsrnessungen vorhanden sind, können mit diesen jeweils Dreiergruppen gebildet und Positionen berechnet werden. Die Zielposition errechnet sich dann als Mitteilung dieser Einzelergebnisse. Ist die Position des Sportobjekts zum Zeitpunkt der Geschwindig- keitsmessung bekannt, kann aus den zusätzlich vorliegenden Geschwindigkeitsmessungen die Ausrichtung und der Betrag des Geschwindigkeitsvektors errechnet werden.With the help of trigonometric calculations, which are known from the 3-point location of objects, the position of the sport object 4 can be determined if there are at least three radar sensors. If there are distance measurements from more than three radar sensors, groups of three can be formed and positions can be calculated. The target position is then calculated as a communication of these individual results. If the position of the sports object at the time of the speed measurement is known, the orientation and the amount of the speed vector can be calculated from the additionally available speed measurements.
Fig. 11 und 12 zeigen eine dritte Möglichkeit zur Bestimmung der tatsächlichen Geschwindigkeit eines fliegenden Sportobjekts. Unter folgenden Umständen kann zur Bestimmung der tatsächlichen Geschwindigkeit eines fliegenden Sportobjekts auch ein einziger Radarsensor 5 ausreichend sein:11 and 12 show a third possibility for determining the actual speed of a flying sport object. In the following circumstances, a single radar sensor 5 may also be sufficient to determine the actual speed of a flying sport object:
- Die Distanz zwischen Sportobjekt 4 dem Radarsensor 5 ist bekannt.- The distance between sports object 4 and radar sensor 5 is known.
- Der Geschwindigkeitsverlust des Sportobjekts in der Atmosphäre wird in er- ster Linie durch den Luftwiderstand bestimmt.- The loss of speed of the sports object in the atmosphere is primarily determined by the air resistance.
- Der Einfluss der Gravitation kann vernachlässigt werden, was insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten des Sportobjektes 4 ohne weiteres zutrifft.- The influence of gravity can be neglected, which is especially true at high speeds of the sport object 4.
- Der Radarsensor 5 nimmt den Geschwindigkeitsverlauf des Sportobjektes 4 über eine längere Messstrecke hinweg auf.- The radar sensor 5 records the speed profile of the sport object 4 over a longer measuring distance.
Durch einen Vergleich des gemessenen Geschwindigkeitsverlaufs vr (Fig. 12) mit dem zu erwartenden Geschwindigkeitsverlauf vsoll (bei einem Flug direkt in Richtung des Radarsensors) kann auf die Winkelabweichung der Flugbahn des Sportobjektes 4 geschlossen werden, wenn der Abstand zwischen dem Sportobjekt 4 und dem Sensor 5 bekannt ist. Mit der Division durch den cosinus dieser Winkelabweichung kann die tatsächliche Fluggeschwindigkeit ermittelt werden.By comparing the measured speed curve vr (FIG. 12) with the expected speed curve vsoll (in the case of a flight directly in the direction of the radar sensor), the angular deviation of the trajectory of the sport object 4 can be concluded if the distance between the sport object 4 and the sensor 5 is known. With the division by the cosine The actual flight speed can be determined from this angular deviation.
Die bisherigen Darlegungen gingen davon aus, dass ein Spieler den Ball 4 oder dgl. direkt berührt. Es gibt jedoch auch Sportarten, bei welchen der Spieler 25 den Ball 4 oder dgl. mit Hilfe eines Instrumentes, beispielsweise mit Hilfe eines o der dgl. beschleunigt. Bei solchen Sportarten besteht die Gefahr, dass die Sensoren 5 nicht die Geschwindigkeit des Sportobjektes 4 sondern die Geschwindigkeit des Schlägers anzeigen. In einigen Sportarten kann die Ge- schwindigkeit des Schlägers nämlich höher sein als die Geschwindigkeit des Sportobjekts 4. Dies kann beispielsweise für Icehockey zutreffen. In Fig. 13 ist eine von der Radar-Signalauswertung ermittelte Geschwindigkeitskurve in ihrer typischen Form abgebildet. Diese Kurve ist aus diskreten Geschwindigkeitsmessungen zusammengesetzt. Bei der Auswertung einer solchen Kurve wird diese Kurve auf definierte Kriterien hin überprüft, um zu erkennen, ab welchem Zeitpunkt der aufgenommenen Kurve es sich um die freie Flugphase des Sportobjektes 4 handelt, und zwar ohne Einwirkung des Schlägers. Diese Kriterien sind wie folgt: - Monotone Abnahme der Geschwindigkeitswerte. - Geringe und definierte negative Geschwindigkeitsänderung in Abhängigkeit von der Flugzeit des Sportobjektes 4.The previous statements have assumed that a player touches the ball 4 or the like directly. However, there are also sports in which the player 25 accelerates the ball 4 or the like using an instrument, for example using an o or the like. In such sports there is a risk that the sensors 5 do not indicate the speed of the sport object 4 but the speed of the racket. In some sports, the speed of the racket can be higher than the speed of the sport object 4. This can be the case for ice hockey, for example. A speed curve determined by the radar signal evaluation is shown in its typical form in FIG. 13. This curve is composed of discrete speed measurements. When evaluating such a curve, this curve is checked against defined criteria in order to recognize the point in time at which the recorded curve is the free flight phase of the sport object 4, without the action of the racket. These criteria are as follows: - Monotonous decrease in speed values. - Small and defined negative speed change depending on the flight time of the sport object 4.
Diese Kriterien erfüllt der Bewegungsablauf des Schlägers nicht und in dieser Weise kann das vorliegende Verfahren zwischen den Bewegungsparametern des Sportobjektes 4 und den Bewegungsparametern des diesen beschleuni- genden Schlägers unterscheiden.The movement sequence of the racket does not meet these criteria and in this way the present method can distinguish between the movement parameters of the sport object 4 and the movement parameters of the racket accelerating it.
Die von der Auswertung angenommene negative Geschwindigkeitsänderung in Abhängigkeit der Zeit (Verzögerung) ist abhängig vom eingesetzten Sportobjekt 4, dessen Geschwindigkeit, vom Luftwiderstand , von der Form, der Ober- fläche und dem Gewicht des Sportobjektes 4. Als ein weiteres Kriterium der Auswertung kann eine minimale Flughöhe des Sportobjektes 4 gefordert werden. Diese errechnet sich aus der Zeitdauer der aufgenommenen Geschwindigkeitskurve und den einzelnen Geschwindigkeitswerten mit dem bekannten Zusammenhang s=v*t. Damit wird die Sicherheit gegenüber Fehlmessungen zusätzlich erhöht. Ausserdem ergibt sich die Möglichkeit, z.B. ausschliesslich Weitschüsse zur Anzeige zu bringen. Von der Auswertung ausgegeben wird im allgemeinen nur der Höchstwert der Geschwindigkeit der freien Flugphase des Sportobjektes. Die automatische Ausgabe erfolgt nur dann, wenn während eines bestimmten Intervalls keine neuen Geschwindigkeitswerte gemessen wer- den. The negative speed change as a function of time (deceleration) assumed by the evaluation depends on the sports object 4 used, its speed, the air resistance, the shape, the surface and the weight of the sports object 4. As a further criterion of the A minimum flight altitude of the sport object 4 can be requested for evaluation. This is calculated from the duration of the recorded speed curve and the individual speed values with the known relationship s = v * t. This increases the security against incorrect measurements. There is also the possibility, for example, of only displaying long-range shots. The evaluation generally only outputs the maximum value of the speed of the free flight phase of the sports object. The automatic output takes place only if no new speed values are measured during a certain interval.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Anzeige von Parametern der Bahn zumindest eines bewegten GegenstaR es mittels eines Radars, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Verfahren so ausgelegt ist, dass die Parameter der Bahn des bewegten Gegenstandes auch dann gemessen und angezeigt werden können, wenn der Anfang der Bewegungsbahn unbekannt ist.1. A method for displaying parameters of the path of at least one moving object by means of a radar, characterized in that this method is designed such that the parameters of the path of the moving object can also be measured and displayed when the beginning of the path of movement is unknown is.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Geschwindigkeit des bewegten Gegenstandes gemessen wird und dass zumindest diese Geschwindigkeit als eines der Parameter der Bewegungsbahn des Gegenstandes zur Anzeige gebracht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that at least the speed of the moving object is measured and that at least this speed is displayed as one of the parameters of the movement path of the object.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Geschwindigkeit des bewegten Gegenstandes und die Geschwindigkeit von zumindest einem zweiten Gegenstand im Verfolgungsbereich gleichzeitig gemessen werden, sodass ein Gemisch aus zwei Signalen entsprechend den Geschwindigkeiten der Gegenstände vorliegt, wobei diese Geschwindigkeitssignale unterschiedliche Frequenzen aufweisen, dass das Geschwindigkeits- signal betreffend den zufliegenden Gegenstand vom Geschwindigkeitssignal des anderen Gegenstandes getrennt wird und dass das Geschwindigkeitssignal betreffend den zufliegenden Gegenstand zur Anzeige gebracht wird.3. The method according to claim 1, characterized in that at least the speed of the moving object and the speed of at least one second object in the tracking area are measured simultaneously, so that there is a mixture of two signals corresponding to the speeds of the objects, these speed signals having different frequencies, that the speed signal relating to the flying object is separated from the speed signal of the other object and that the speed signal relating to the flying object is displayed.
4. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Be- reich von Frequenzen der Geschwindigkeitssignale, welche während der Verfolgung der sich bewegenden Gegenstände zu erwarten sind, in Teilbereiche unterteilt wird, dass die Geschwindigkeitssignale der Gegenstände den entsprechenden Teilbereichen der Frequenzen zugeordnet und dadurch voneinander getrennt werden und dass zumindest eines von diesen Geschwindig- keitssignalen zur Anzeige gebracht wird. 4. The method according to claim 2, characterized in that the range of frequencies of the speed signals, which are to be expected during the tracking of the moving objects, is subdivided into sub-ranges, that the speed signals of the objects are assigned to the corresponding sub-ranges of the frequencies and thereby are separated from one another and that at least one of these speed signals is displayed.
5. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Antennencharakteristiken im Verfolgungsbereich der Gegenstände in einer horizontalen nebeneinander liegen.5. The method according to claim 3, characterized in that at least two antenna characteristics in the tracking area of the objects lie horizontally next to each other.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 , mit zumindest einer Radareinheit und mit einem Auswertungsteil zur Verarbeitung der von der Radareinheit erhaltenen Signale,1 dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung so ausgeführt ist, dass die Parameter der Bahn des bewegten Gegenstandes auch dann gemessen und angezeigt werden können, wenn der Anfang der Bewegungsbahn unbekannt ist.6. Device for performing the method according to claim 1, with at least one radar unit and with an evaluation part for processing the signals received by the radar unit, 1 characterized in that the device is designed so that the parameters of the path of the moving object are then measured and can be displayed if the beginning of the trajectory is unknown.
7. Einrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung so ausgeführt ist, dass sie Gegenstände voneinander unterscheiden kann, deren Bewegungen unterschiedlich grosse Geschwindigkeiten aufweisen und dass eine Anzeigevorrichtung an den Ausgang der Auswertungseinheit angeschlossen ist, welche die gemessene Geschwindigkeit anzeigen kann.7. Device according to claim 6, characterized in that the device is designed so that it can distinguish objects from one another, their movements have different speeds and that a display device is connected to the output of the evaluation unit, which can display the measured speed.
8. Einrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswertungsteil ein Filter enthält, dessen Grenzfrequenz zwischen jenen Frequenzen liegt, welche den Geschwindigkeiten der Bewegungen der voneinander zu unterscheidenden Gegenstände entspricht.8. Device according to claim 6, characterized in that the evaluation part contains a filter whose cut-off frequency lies between those frequencies which corresponds to the speeds of the movements of the objects to be distinguished from one another.
9. Einrichtung nach Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumin- dest zwei Radareinheit jenem Bereich zugeordnet sind, wo die Bahnen der bewegten Gegenstände verfolgt werden sollen. 9. Device according to patent claims, characterized in that at least two radar units are assigned to the area where the paths of the moving objects are to be tracked.
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