无源定位技术在乒乓球落点估计中的应用

发布时间：2017-08-22 02:29

  本文关键词：无源定位技术在乒乓球落点估计中的应用

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【摘要】：数字体育是一个全新的概念,是体育、科技与时代发展的产物,是IT、通信、互联网技术手段,同体育锻炼、竞技健身、互动娱乐的完美结合。在新的历史时期,体育事业蓬勃发展,信息技术日新月异,两者的结合造就了充满魅力与遐想的数字体育,也为体育打开了一片崭新的天空。本文以我国的国球——乒乓球运动为背景,为早日实现乒乓球运动的数字化,基于到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)无源定位原理,展开对乒乓球落点的估计研究。TDOA是无源定位的典型代表,多应用于军事领域,具有极高的定位精度。本文首次将TDOA定位方法应用到乒乓球落点估计中,并建立了平面TDOA定位方法的双曲线方程组的数学模型;在理论上详细分析研究了求解该数学模型的6种算法:SX算法、Friedlander算法、Fang算、Chan算法、Taylor算法和直接算法,并总结归纳出各自的特点及适用条件。由TDOA的数学模型,推导出定位精度与传感器分布情况、传感器位置精度、时延估计精度的数学模型。应用MATLAB软件进行数值仿真,对传感器基线夹角、基线长度与定位精度之间的关系进行了深入研究,总结出基线夹角、基线长度与定位精度之间的关系,绘制了定位精度曲线图。在此基础上搭建了实验环境,实验系统由乒乓球台、电涡流传感器、示波器和计算机组成。采集了若干组系统噪声、乒乓球激励和重锤激励振动信号及干扰信号数据。在时域和频域分析了通过实验系统采集的乒乓球振动信号和典型干扰信号的时频特点,估计出乒乓球台面振动传播速度,为实现可靠的乒乓球落点估计系统打下坚实基础。依据理论分析和数值仿真结果及乒乓球运动本身的特点,提出了乒乓球落点估计系统的传感器分布优化方案,即基线最长方案和基线夹角最大方案。运用相关实验数据,对优化方案分别进行了仿真研究,绘出两种方案的定位精度曲线图。仿真结果表明:基线长度最长的布站方案明显比基线夹角最大的布站方案的定位精度高。总结分析了本论文工作的优点与不足,并指出进一步完善传感器布局和提高定位精度的措施和方法。
【关键词】：乒乓球 落点估计 TDOA
【学位授予单位】：哈尔滨师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：G846
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题研究的目的及意义9-10
• 1.2 科学技术在体育训练应用中的现状分析10-12
• 1.2.1 科学技术在体育训练应用中的国外发展现状11
• 1.2.2 科学技术在体育训练应用中的国内发展现状11-12
• 1.3 论文的主要工作12-13
• 第2章 到达时间差定位技术原理及方法13-21
• 2.1 基本原理13-14
• 2.2 时差定位算法14-20
• 2.2.1 SX算法14-15
• 2.2.2 Friedlander算法15-16
• 2.2.3 Fang算法16-17
• 2.2.4 Chan算法17-18
• 2.2.5 Taylor算法18-19
• 2.2.6 直接法19-20
• 2.2.7 几种算法的比较20
• 2.3 本章小结20-21
• 第3章 定位精度分析及数值仿真研究21-30
• 3.1 定位精度分析21-23
• 3.2 仿真流程图23-24
• 3.3 数值仿真24-29
• 3.3.1 定位精度与基线夹角的关系25-27
• 3.3.2 定位与精度基线长度间的关系27-29
• 3.4 本章小结29-30
• 第4章 乒乓球落点估计的基础技术研究30-40
• 4.1 搭建实验环境30
• 4.2 数据采集30-31
• 4.3 乒乓球落点信号和跺脚信号的频谱对比分析31-33
• 4.4 乒乓球台面的振动传播速度估计33-36
• 4.4.1 时延估计原理分析33-34
• 4.4.2 时延估计计算34-35
• 4.4.3 计算乒乓球台面的振动传播速度35-36
• 4.5 乒乓球落点估计的传感器分布方案36-39
• 4.5.1 基线最长情况下的传感器分布方案36-38
• 4.5.2 基线夹角最大情况下的传感器分布方案38-39
• 4.6 本章小结39-40
• 结论40-41
• 参考文献41-44
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文44-46
• 致谢46

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本文编号：716571