[發明專利]一種智能球場定位系統及方法

有效

• 申請號: 201711106109.3
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107861098B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 吳建成;張也雷;韓步勇;羅向望;郭岱碩
• 申請（專利權）人: 簡極科技有限公司
• 主分類號: G01S5/06
• 分類號: G01S5/06;G01S5/02;G01S5/00;G01P3/66
• 代理公司: 35246 廈門市寬信知識產權代理有限公司
• 代理人: 巫麗青

1.一種精準定位的智能球場定位方法，適用精準定位的智能球場定位系統，該系統包括運動點的位置及速度采集終端、至少三個基站設備、管理服務器及數據服務器，所述位置及速度采集終端設置在運動點上并隨著運動點的移動而發生位移，所述位置及速度采集終端與每一基站設備通過無線網絡連接，每一基站設備分別與數據服務器通過無線或有線網絡連接，所述管理服務器和數據服務器通過同一網絡部署，所述位置及速度采集終端廣播自身標識符與訊號至各個基站設備，所述運動點包括球、球員和/或球場工作人員，其特征在于：所述位置及速度采集終端獲取運動點的t時刻的廣播訊號并發送至基站設備，所述基站設備根據接收的廣播訊號計算出運動點t時刻到每一基站的傳播時間訊號并傳輸到數據服務器，數據服務器根據所述傳播時間訊號計算出運動點t距離任意兩個基站設備的距離差r i , j , t，并根據距離差r i , j , t進行預處理，剔除異常基站傳播時間訊號，得到運動點t時刻接收的正常基站傳播時間訊號，并根據運動點t時刻接收到的正常基站傳播時間訊號個數，經過到達時間差多點定位步驟，計算出運動點t時刻的定位位置，再根據運動點t時刻的定位位置，經過定位狀態偵測步驟判定該定位位置的定位狀態為定位異常狀態或定位有效狀態，最后根據運動點t時刻的定位位置及定位狀態經過修正定位與計算速度向量步驟，得到運動點t時刻的速度向量；

所述廣播訊號包括位置pt及速度vt，t時刻的位置為pt= [px ,t py , t]，其中，pt為運動點在時間t時的2維位置向量， px ,t , p y , t分別代表運動點在時間t時x, y軸上的座標，

所述預處理步驟具體如下，從時間t過去五秒所計算出的距離差的分布[ri , j ,t , r i , j , t?1 , ri , j ,t?2 ... ri , j , t?K ] ，?i ≠j計算變異數σ²r ,i , j，當σ²r ,i , j大于預設的變異數閥值σ²max= 10，則在時間t時給予第i基站與第j基站一分，若當一個基站在時間t的時候分數超過三分，則判定該基站為異常基站，并排除由該基站傳送的傳播時間訊號；

所述到達時間差多點定位步驟具體如下：

當系統在時間t時接收到大于3個來自不同的基站傳播時間訊號:

利用基于約束加權最小二乘法的到達時間差多點定位演算法來計算運動點在時間t時的定位位置，該到達時間差多點定位演算法的設定參數為最大疊代次數2，

當系統在時間t時接收到3個來自不同的基站傳播時間訊號:

利用基于球面內插Spherical Interpolation的到達時間差多點定位演算法來計算運動點在時間t時的定位位置；

所述定位狀態偵測步驟具體如下：

(1)若在時間t里接收到小于三個來自不同基站傳播時間訊號因而無法利用到達時間差多點定位演算法來計算定位點的位置, 則判斷在時間t時的定位狀態為定位異常狀態，

(2)若在時間t里的第二階段利用到達時間差多點定位演算法來計算定位點的位置pt與在上一個時間(t - k)判斷定位有效狀態的位置pt?k之間的距離超過預設的閥值d valid, 判斷在時間t時的定位狀態為定位異常狀態，

(3)若在時間t里的第二階段利用到達時間差多點定位演算法來計算定位點的位置pt與在上一個時間(t - k)判斷定位有效狀態的位置pt?k之間的距離小于或等于預設的閥值d valid, 判斷在時間t時的定位狀態為定位有效狀態，

t時刻的速度為vt= [v x , t v y ,t ]，其中，vt為運動點在時間t時的2維速度向量，v x , t , v y ,t分別代表運動點在時間t時x, y軸上的速度分量，

所述修正定位與計算速度向量步驟具體如下：

當定位狀態為定位有效狀態；

利用線性卡爾曼濾波器來計算球/球員的速度向量并且修正在到達時間差多點定位步驟所計算出的定對位置，其設定與參數如下:

在時間t時的狀態向量st設定為:

st = [pt vt] = [px ,t py , t v x ,t v y ,t]

在時間t時的狀態變換模型矩陣A設定為:

Δt為采樣率并設定為0.05秒；

在時間t時的過程噪聲的共變異數矩陣Q設定為:

qp= 1, qv= 5

在時間t時的觀測模型矩陣H設定為:

在時間t時的觀測噪聲的共變異數矩陣R設定為:

r x = r y = 10

當定位狀態為定位異常狀態:

根據在時間(t - 1)時預測的位置與速度計算現在時間t的位置:

另外根據在時間(t - 1)時所預測的速度, 利用指數衰減函數來計算預測現在時間t時的速度:

vt= α?vt?1 , 0<α<1。