[发明专利]一种基于有源射频标签识别的乒乓球定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于智能乒乓球运动技术领域，特别是涉及一种基于有源射频标签识别的乒乓球定位方法及系统。

背景技术

目前对乒乓球运动定位的方案主要有两类，一种是计算机视觉分析方法，一种是信号触发判断方法。

计算机视觉分析方法主要通过多台高速高清摄像机实时采集乒乓球运动时的录像，对录像中的每个图像进行目标识别和空间定位后形成数据，再通过滤波和跟踪计算乒乓球的位置，该方法的缺点是计算复杂度高。

信号触发判断方法是通过安装在乒乓球台和球网的压电传感器获取因受到乒乓球撞击而产生的震动信号，比较多个震动信号的强度和产生时间，从而计算乒乓球的撞击位置和大致的运动轨迹，该方案的缺点是不能定位乒乓球在空中的位置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是基于物联网的乒乓球运动系统不能简单有效地计算处于运动状态的乒乓球的实时位置的问题，提出一种基于有源射频标签识别的乒乓球定位方法及系统。

有源射频标签阅读定位是指某物体携带的有源射频标签定时发送射频信号，有源射频标签阅读器接收到射频信号，通过接收信号的时间差值计算有源标签与每个有源射频标签阅读器之间的距离差，最终实现对某物体的定位。本发明基于有源射频标签阅读定位的乒乓球运动系统，其结构如图1所示，乒乓球桌部署多个有源射频标签阅读器，有源射频标签附着于乒乓球，乒乓球桌固定位置部署辅助射频标签。

本发明的基于有源射频标签识别的乒乓球定位系统，包括建立对局坐标系模块、计算相对距离差模块、求解乒乓球的三维空间坐标方程组模块、消除距离测量误差模块、显示对局坐标值模块。其中显示对局坐标值模块是可选模块。

建立对局坐标系模块：服务器获取乒乓球运动系统中各组件的信息，记有源射频标签阅读器个数为N，N是正整数且N≥3，有源射频标签阅读器按照某种顺序(例如从左到右或从上到下的顺序)编号为i，1≤i≤N；对局坐标系的坐标值表示为(x,y,z,h)，其中，x、y、z表示以乒乓球桌正中心为原点建立的x-y-z三轴坐标系的坐标值，x轴和y轴组成水平面，z轴垂直于桌面向上，h表示球桌指示坐标值。

计算相对距离差模块：乒乓球上携带的有源射频标签按照事先设置的采样时间间隔T发送无线信号，有源射频标签阅读器接收无线信号，记录接收时刻值t_i，1≤i≤N，将接收时刻值t_i发送至服务器；服务器获取接收时刻值t_i，计算接收时刻值之差，记为Δt_ij，1≤i≤N，1≤j≤N，i≠j，计算各阅读器到乒乓球的距离差，记为Δr_ij＝v·Δt_ij，1≤i≤N，1≤j≤N，i≠j，其中v表示射频无线信号的传播速度。

求解乒乓球的三维空间坐标方程组模块：采用方程组i≠j计算乒乓球的x-y-z三轴坐标值(x,y,z)，其中(x_i,y_i,z_i)表示N个有源射频标签阅读器的三轴坐标值，1≤i≤N；记方程组解的个数为M；若M＝0，则判定出现较大的距离测量误差，进入消除距离测量误差模块；若M＝1，则判定方程组的解(x,y,z)为乒乓球的x-y-z三轴坐标值，返回计算相对距离差模块；否则采用已有的最小二乘法估算乒乓球的三轴坐标值(x,y,z)，返回计算相对距离差模块。

消除距离测量误差模块：调取有源射频标签阅读器接收到辅助射频标签无线信号的接收时刻值，计算有源射频标签阅读器到辅助射频标签的相对距离差，记为p_ij，1≤i≤N，1≤j≤N，i≠j；调取有源射频标签阅读器与有源射频辅助标签的固定位置坐标值，计算其固定的相对距离差，记为P_ij，1≤i≤N，1≤j≤N，i≠j；距离测量误差ΔP_ij＝P_ij-p_ij，1≤i≤N，1≤j≤N，i≠j；利用距离测量误差ΔP_ij消除各射频标签阅读器到乒乓球相对距离差Δr_ij的测量误差，即令Δr_ij＝Δr_ij+ΔP_ij，1≤i≤N，1≤j≤N，i≠j，返回求解乒乓球的三维空间坐标方程组模块。