空间运动轨迹自跟踪高尔夫球及其空间运动轨迹感测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线传感及飞行器电子跟踪系统领域，特别是一种空间运动轨迹自跟 踪高尔夫球及其空间运动轨迹感测方法。
【背景技术】
[0002] 高尔夫球作为一种室外兼顾娱乐和健身性的运动，在世界范围内日益流行。通过 不断的实地练习，提高对不同场地条件下高尔夫球的运动轨迹尤其是飞行落点和滚动终点 的预测能力，从而增强对高尔夫球的击打控制能力和精确性，一直是业余高尔夫球员甚至 专业球员所寻求的目标。
[0003] 然而，由于高尔夫球本身的运动力学复杂性，以及现场气象条件以及高尔夫球飞 行过程中的瞬间变化，草皮和地面条件及其对高尔夫球滚动过程的局部影响等等多变因 素，对高尔夫球过程和之后的运动轨迹分析和预测一直是非常困难的，如何能客观地获得 高尔夫球运动轨迹及其动力学特征的真实数据，成为完成高尔夫球运动过程中受到各种环 境因素的影响及其后果的客观分析的必须。作为真实跟踪高尔夫球运动轨迹和感测动力学 特征的重要手段，如何依靠高尔夫球自身安装的运动传感和监测的手段，成为最有效的方 法之一。
[0004] 中国专利申请CN 103706088A的
【发明内容】
，披露了一种电子高尔夫球及其高尔夫 球比赛电子辅助系统，所述的电子高尔夫球，包括外层、中间层和电子集成内核，所述的电 子集成内核包括可充电电源、柔性电路、无线充电电路、通讯电路、定位电路、电子陀螺仪电 路和控制电路，所述的电子陀螺仪电路内置三轴陀螺仪、三轴线加速度计和高度传感器，作 为实现运动传感和监测的核心电子装置和手段。然而，由于该专利申请所披露电子高尔夫 球，随着高尔夫球自身相对地面转动而转动，其内置的三轴陀螺仪和三轴线加速度计实际 感测的线加速度和角加速度所，是与高尔夫球相对固定方向的瞬时线加速度和角加速度分 量，而不是相对与地面的绝对瞬时线加速度和角加速度分量；因此，按照披露的电子装置和 分析方法，无法排除自身旋转的动力学影响，从而准确地计算和分析出高尔夫球真正相对 地面的线性运动轨迹，以及自身旋转的过程。
【发明内容】
[0005] 本发明揭示了一种空间运动轨迹自跟踪高尔夫球，所述空间运动轨迹自跟踪高尔 夫球的几何中心与其质量重心相重叠，并包括：
[0006] 球形表皮层；
[0007] 球形弹性核心体，由固体弹性材料构成，被所述球形表皮层覆盖；
[0008] 空间运动轨迹自跟踪电子模块，置于高尔夫球中心，被所述球形弹性核心体所包 围，且设定有三个相互垂直的随动坐标轴，所述随动坐标轴与所述空间运动轨迹自跟踪高 尔夫球保持固定，所述随动坐标轴的原点与所述空间运动轨迹自跟踪高尔夫球的几何中心 重合；
[0009] 其中，所述空间运动轨迹自跟踪电子模块包括：
[0010] 内置存储器，用于存储数据；
[0011] 三轴相对线加速度传感器，用于按照预定多个时间点，感测出三个随动坐标轴方 向的三个相对线加速度分量；
[0012] 三轴绝对转角定位传感器，用于和所述三轴相对线加速度传感器在同一时间点， 感测所述三个随动坐标轴方向相对于固定于地面某一点的三个相互垂直的固定坐标轴的 动静坐标相对角度分量；
[0013] 内置射频收发器，用于将所述相对线加速度分量、动静坐标相对角度分量及其测 量时间点数据的射频信号发射；
[0014] 内置微处理器，用于将所感测的相对线加速度分量、动静坐标相对角度分量及其 测量时间点数据存入内置存储器中，且由内置微处理器从内置存储器取出相对线加速度分 量、动静坐标相对角度分量及其测量时间点数据，提交给内置射频收发器；
[0015] 内置供电电池，用于在所述空间运动轨迹自跟踪高尔夫球的运动过程中，连续地 给三轴相对线加速度传感器、三轴绝对转角定位传感器、内置微处理器、内置存储器和内置 射频收发器提供所需的工作电源。
[0016] 本发明还公开了一种高尔夫球空间运动轨迹的跟踪和分析系统，包括：
[0017] 上述的空间运动轨迹自跟踪高尔夫球；
[0018] 第一外部射频接收器，用于接收包括所述内置射频收发器所发射的相对线加速度 分量、动静坐标相对角度分量及其测量时间点数据的射频信号；
[0019] 第一外部射频信号转化器，用于将所述射频信号转化为相对应的数字信号；
[0020] 第一外部数据处理器，用于根据相对线加速度分量和动静坐标相对角度分量，推 算出同一时间点高尔夫球中心相对于地面固定坐标轴的绝对线加速度分量；
[0021 ] 在给定时间段内，根据该时间段内所述的多时间点高尔夫球中心相对地面固定坐 标轴的绝对线加速度分量，由外置微处理器通过测量时间点的一次时间积分，推算出该时 间段内高尔夫球中心相对地面固定坐标轴的绝对线速度分量；
[0022] 根据该时间段内所述的多时间点高尔夫球中心相对地面固定坐标轴的绝对线速 度分量，由外置微处理器通过测量时间点的一次时间积分，推算出该时间段内高尔夫球中 心相对地面固定坐标轴的推算绝对位置坐标。
[0023] 本发明的空间运动轨迹自跟踪高尔夫球及其空间运动轨迹自追踪的感测、收录和 分析系统。本发明披露的空间运动轨迹自跟踪高尔夫球，包含有球形表皮层、球形弹性核心 体以及置于高尔夫球中心的空间运动轨迹自跟踪电子模块，在标准高尔夫球结构之外附加 空间运动轨迹自跟踪电子模块后，不仅满足高尔夫球的重量和尺寸标准，同时其几何中心 仍然保持与其重心相重叠，以确保高尔夫球相对几何中心的球对称性，以及该空间运动轨 迹自跟踪高尔夫球与标准高尔夫球的线性动力学一致性。进一步讲，为了确保这一该空间 运动轨迹自跟踪高尔夫球与标准高尔夫球的转动动力学一致性，还必须确保他们之间相对 统一质量重心的转动惯量一致性。
[0024] 在本发明高尔夫球的运动过程中，为弹性核心体所包围的空间运动轨迹自跟踪电 子模块的内置供电电池，提供给高尔夫球自带的三轴相对线加速度传感器、三轴绝对转角 定位传感器、内置微处理器、内置存储器和内置射频收发器所需工作电源；其内置的三轴相 对线加速度传感器感测相对于高尔夫球体本身的三个线相对加速度分量，其内置的三轴绝 对转角定位传感器感测高尔夫球相对地面的三个绝对转角分量，其内置的微处理器将三个 相对线加速度分量和三轴绝对转角定位传感器感测和采集的数据存入内置存储器，由内置 微处理器从内置存储器中取出所存数据并提交给内置射频收发器，其内置的射频收发器将 所存数据无线发送到外部射频接收器。根据通过外部射频接收器所获得的相对于高尔夫球 体本身的三个线相对加速度分量，以及高尔夫球相对地面的三个绝对转角分量，推算出高 尔夫球体几何中心相对地面的三个绝对线加速度分量和三个绝对角相对加速度分量，进一 步通过对预定传感测量时间点的这些绝对运动学分量值的时间二阶积分，获得高尔夫球体 几何中心运动轨迹和高尔夫球自身的旋转过程。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明的高尔夫球的结构示意图；
[0026] 图2为本发明的高尔夫球中空间运动轨迹自跟踪电子模块的结构示意图；
[0027] 图3为本发明的高尔夫球空间运动轨迹的跟踪和分析系统结构示意图。 具体实施方案
[0028] 实施例1
[0029] 参考图1所示，一种空间运动轨迹自跟踪高尔夫球，所述空间运动轨迹自跟踪高 尔夫球的几何中心〇与其质量重心相重叠，并包括：球形表皮层101，所述球形表皮层101 可以利用现有的高尔夫球的表皮层材料，以保证击球的感受和现有的高尔夫球无差异；球 形弹性核心体102,由固体弹性材料构成，被所述球形表皮层101覆盖；空间运动轨迹自跟 踪电子模块103,置于高尔夫球中心，被所述球形弹性核心体102所包围，且设定有三个相 互垂直的随动坐标系0' -X' y' z'，其坐标轴分别为X'、Y'、Z'，所述随动坐标轴X'、Y'、Z' 与所述空间运动轨迹自跟踪高尔夫球保持固定，所述随动坐标轴的原点0'与所述空间运动 轨迹自跟踪高尔夫球的几何中心0重合。
[0030] 参考图2,其中，所述空间运动轨迹自跟踪电子模块103包括：内置存储器201