CN100399045C - 投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法。本发明由主机和副机组成，主机和副机之间是相对应匹配的无线电通信。所述的主机包括无线电收发组件、选择电路、转换电路、计算组件、显示组件。所述的副机安装在投掷物上包括无线电收发组件、选择电路、转换电路、控制电路。主机和副机之间是依赖、响应彼此的短脉冲有步骤的协调工作的。实用于如：测量体育运动项目的标枪、铁饼、铅球等投掷物的投掷距离，也实用于部队投弹训练时对训练弹的投掷距离的测量。

Description

投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法

技术领域

本发明涉及一种投掷类运动中对投掷物投掷距离测距的方法。

背景技术

目前测距的器件及方法繁多，如有红外线测距仪、超声波测距仪、激光测距仪、无线电测距仪等。但这些器件都不能对投掷物的投掷距离进行测距。目前如体育运动中对标枪、铁饼等投掷物投掷距离的测量仍以拉皮尺或在投掷物的投掷场的投掷区划等份线的方法测量距离，这些方法的缺点是：1、测量效率低；2、测量现场的工作人员有人身安全隐患；3、成绩考核的过程中，在测量环节存在着作弊的可能等。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种利用无线电技术自动测量投掷物投掷距离的方法，并且该发明还可计算出投掷物出手时其运动轨道和水平面之间的角度，即出手角度。实用于如：测量体育运动项目的标枪、铁饼、铅球等投掷物的投掷距离，也实用于部队投弹训练时对训练弹投掷距离的测量。

为实现所述目的，本发明由主机和副机组成。主机和副机之间是相对应匹配的无线电通信。所述的主机包括无线电收发组件、选择电路、转换电路、计算组件、显示组件。所述的副机安装在投掷物上包括无线电收发组件、选择电路、转换电路、控制电路。主机和副机之间是依赖、响应彼此的短脉冲有步骤的协调工作的。

所述投掷物上携带的副机有一个脱手控制电路，投掷物脱手的瞬间由脱手控制电路产生一个A4短脉冲，经副机的发射电路以无线电的形式将A4短脉冲发射到空中，主机的接收电路立即接收，经A4选择电路选出后传输到主机的计算组件；所述投掷物着地的瞬间副机的控制电路产生一个A1短脉冲经发射电路发射，主机的接收电路立即接收；经A1选择电路选出A1短脉冲传输到A2转换电路转换成A2短脉冲，A2短脉冲传输到主机的发射电路，发射电路将A2短脉冲分为两路：一路以无线电的形式向空中发射A2短脉冲，另一路传输到主机的计算组件，主机的计算组件计算出A4短脉冲和A2短脉冲之间的时差；副机的接收电路接收到A2短脉冲后经A2选择电路选出A2短脉冲传输到A3转换电路转换成A3短脉冲，所述A3短脉冲传输到副机的发射电路以无线电波的形式发射，主机的接收电路立即接收A3短脉冲；经A3选择电路筛选出A3短脉冲传输到主机的计算组件，此时主机的计算组件计算出A2短脉冲和A3短脉冲之间的时差、并和相关参数计算出投掷物的投掷距离；最后主机的计算组件将A4短脉冲和A2短脉冲之间的时差与A2短脉冲和A3短脉冲之间的时差及相关参数做一个比较、计算，计算出投掷物投出时的出手角度。

附图说明

图1是本发明投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法的第一种实施例的方框图。

图中标记：a为副机；b为主机。

图2是本发明投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法的第二种实施例的方框图。

图中标记：a为副机；b为主机。

图3是本发明投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法的投掷物的运动轨迹的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

参见图1，如其中的实施例所示，主机和副机之间是对应匹配的无线通信，它们之间是依赖、响应彼此的短脉冲有步骤的协调工作。副机是安装在投掷物上的，副机包括带有接发天线的接收电路后面连接A2选择电路，A2选择电路后面连接的是A3转换电路，A3转换电路后面连接的是发射电路，控制电路也连接在发射电路上，发射电路上带有发射天线。主机包括带接收天线的接收电路后面连接了一个A1选择电路和一个A3选择电路，A1选择电路后面连接的是A2转换电路，A2转换电路后面连接的是发射电路，发射电路带有发射天线，同时发射电路后面还连接有计算组件；A3选择电路也连接在了计算组件上；计算组件后面连接的是输出显示电路。投掷物着地的瞬间副机的控制电路产生一个A1短脉冲传输到副机的发射电路，且以无线电波的形成发射到空中，由对应的主机的接收电路立即接收；主机的接收电路接收到A1短脉冲经放大处理后，由A1选择电路筛选出A1短脉冲传输到A2转换电路将其变化成A2短脉冲(A2转换电路可以是一个频率转换电路，将A1短脉冲变化为另一种频率形成A2短脉冲。A2转换电路还可以是一个编码电路，将A1短脉冲变化为一个编码短脉冲形成A2短脉冲等。总之A2转换电路的目的就是把A1短脉冲变化成一个不同于A1短脉冲的短脉冲形成A2短脉冲。)，A2转换电路将A2短脉冲传输到主机的发射电路，发射电路将A2短脉冲分为两路：一路传输到主机的发射电路的发射天线以无线电波的形式向空中发射A2短脉冲，另一路传输到主机的计算组件(同时计算组件的计时器开始计时，并准备接收A3短脉冲)。为了保证参与计算的参数精确，发射电路传输到计算组件的A2短脉冲、是从主机的发射电路和其发射天线的连接点处分出一定幅度的A2短脉冲传输到计算组件的。当主机的发射电路发射出A2短脉冲后，副机的接收电路立即接收；副机的接收电路将A2短脉冲放大整形处理后传输到A2选择电路(副机的A2选择电路是和主机的A2转换电路变化产生的A2短脉冲对应匹配的)，由A2选择电路筛选出A2短脉冲传输到A3转换电路(A3转换电路可以是一个频率转换电路，将A2短脉冲变为另一种频率形成A3脉冲。A3转换电路还可以是一个编码电路，将A2短脉冲变化为一个编码短脉冲形成A3短脉冲。总之A3转换电路的目的是把A2短脉冲变化成一个不同于A2短脉冲的短脉冲形成A3短脉冲。)，A3转换电路将A3短脉冲放大处理后由副机的发射电路以无线电波的形式发射到空中。当A3短脉冲由副机的发射电路发射后，主机的接收电路立即接收，主机的接收电路将接收到的A3短脉冲放大、整形处理后由A3选择电路筛选出来(A3选择电路是和副机的A3转换电路变化产生的A3短脉冲相对应匹配的)，A3选择电路将A3短脉冲优化处理后传输到主机的计算组件(当A3短脉冲到来后计算组件的计时器停止计时)。此时主机的计算组件就根据开始传输来的A2短脉冲和后来传输来的A3短脉冲之间的时差及相关参数计算出投掷物的投掷距离。最后计算组件将计算的结果传输到显示电路，以直观的形式显示出来。

参见图2，如其中的实施例所示，主机和副机之间是对应匹配的无线通信，它们之间是依赖、响应彼此的短脉冲有步骤的协调工作。副机是安装在投掷物上的，副机包括带有接发天线的接收电路后面连接A2选择电路，A2选择电路后面连接的是A3转换电路，A3转换电路后面连接的是发射电路，发射电路还分别连接了控制电路和脱手控制电路，发射电路上带有发射天线。主机包括带接收天线的接收电路后面分别连接了A1选择电路、A3选择电路、A4选择电路，A1选择电路后面连接的是A2转换电路，A2转换电路后面连接的是发射电路，发射电路分别连接了发射天线和计算组件；A4选择电路后面连接的是计算组件；A3选择电路后面连接的是计算组件；计算组件后面连接的是输出显示电路。所述投掷物上携带的副机有一个脱手控制电路，在投掷物脱手的瞬间由脱手控制电路产生一个A4短脉冲，经副机的发射电路以无线电波的形式将A4短脉冲发射到空中，主机的接收电路立即接收，经A4选择电路筛选出来后传输到计算组件(同时计算组件的计时器开始计时，并准备接收A2短脉冲)；所述投掷物着地的瞬间副机的控制电路产生一个A1短脉冲经发射电路发射，主机的接收电路立即接收；经A1选择电路筛选出A1短脉冲传输到A2转换电路转换成A2短脉冲，A2短脉冲传输到主机的发射电路，发射电路将A2短脉冲分为两路：一路通过发射天线以无线电波的形式向空中发射A2短脉冲，另一路传输到主机的计算组件(计算组件接收到A2短脉冲后，一方面计算组件的计时器停止对A4短脉冲的计时，由计算组件计算出A4短脉冲和A2短脉冲之间的时差。另一方面计算组件的另一个计时器又开始了对A2短脉冲的计时，并准备接收A3短脉冲)，主机的计算组件根据A4短脉冲和A2短脉冲之间的时差及相关的参数计算出投掷物在空中运行轨道的抛物线的弧线长度；副机的接收电路接收到A2短脉冲后经A2选择电路筛选出A2短脉冲传输到A3转换电路转换成A3短脉冲(A3转换电路可以是一个频率转换电路，将A2短脉冲变为另一种频率形成A3脉冲。A3转换电路还可以是一个编码电路，将A2短脉冲变化为一个编码短脉冲形成A3短脉冲。总之A3转换电路的目的是把A2短脉冲变化成一个不同于A2短脉冲的短脉冲形成A3短脉冲。)，所述A3短脉冲传输到副机的发射电路以无线电波的形式发射，主机的接收电路立即接收A3短脉冲；经A3选择电路筛选出A3短脉冲传输到主机的计算组件，(此时主机的计算组件的计时器停止对A2短脉冲的计时)计算组件根据A2短脉冲和A3短脉冲之间的时差及相关参数计算出投掷物的投掷距离；最后主机的计算组件根据投掷物在空中运行时间(也就是A4短脉冲和A2短脉冲之间的时差)和投掷物的投掷距离及相关的参数计算出投掷物的出手角度。

参见本发明的图1、图2可知，当投掷物投出后在第一次着地的瞬间，由投掷物上携带的副机的控制电路产生一个A1短脉冲，在这里控制电路产生A1短脉冲可以有下面几种形式和方法：1、选用一只振动开关，随着投掷物着地的瞬间其振动开关快速地闭合或断开产生的短脉冲经放大整形后形成A1短脉冲；2、随着投掷物着地的瞬间其振动开关打开一个振荡器，由其输出一个可控时长的短脉冲形成A1短脉冲；3、控制电路也可以由如接近传感器、位移传感器等一些传感器和其辅助、***电路产生A1短脉冲。为了保证在最后计算环节中参与计算的信息，只是每次投掷时投掷物第一次着地的信息，可以用下面几种形式或方法：1、在投掷物上设一个针对副机的控制电路的复位按钮，只有每按下一次复位按钮后所述控制电路才能产生一个A1短脉冲，也就是控制电路每产生一个A1短脉冲都必须按动一次复位按钮；2、在所述的振动开关电路的适当接点处设置一个足够时长的RC延时电路，此RC延时电路在所述的控制电路产生第一个A1短脉冲时开始充放电过程，且RC延时电路在充放电过程时控制电路是不能再工作的，这就保证了投掷物在着地的瞬间控制电路产生一个A1短脉冲后到投掷物静止的过程中控制电路都不能再产生A1短脉冲；3、在所述的振荡电路中连接一个合适时长的RC延时电路，保证投掷物在着地的瞬间控制电路产生一个A1短脉冲后到投掷物静止的过程中，控制电路都不能再工作；4、在主机的A1选择电路或A2转换电路中连接一个控制电路，使其只对传输来的第一个A1短脉冲做出响应。当然控制电路产生A1短脉冲的形式和方法以及限制控制电路产生A1短脉冲次数的形式和方法不限于以上列举的那些例子，也可以采取其他的方式方法。

参见图2，如其中的实施例所示，脱手控制电路产生的A4短脉冲是一种人体感应开关和相关电路产生的，其原理方法可以是在投掷物的抓手处做有金属体、其连接到人体感应开关上，当投掷物在刚脱手的瞬间人体感应开关立即反应，控制、参与相应的电路产生A4短脉冲。同样的原理人体感应开关也可以由一个机械开关代替。

参见本发明的图1、图2可知，A1选择电路是为了阻止主机的接收电路将接收到的A2、A3、A4以及空中的其它一些干扰信号、杂波信号等传输到下一级电路中。A2选择电路是为了阻止副机的接收电路将接收到的A1、A3、A4以及空中的其它一些干扰信号、杂波信号等传输到下一级电路中。A3选择电路是为了阻止主机的接收电路将接收到的A1、A2、A4以及空中的其它一些干扰信号、杂波信号等传输到下一级电路中。A4选择电路是为了阻止主机的接收电路将接收到的A1、A2、A3以及空中的其它一些干扰信号、杂波信号等传输到下一级电路中。

参见本发明的图3可知，用以下的计算公式可以计算出投掷物的出手角度。在实际的计算中，要考虑到投掷小球的初始高度，如图(3)就是初始高度为h为示意图：

下面有两个公式：

$\frac{1}{2}g{t}_0^2-v_0{t}_0\sin a=h$

x₀＝v₀t₀cosa

t₀——从抛出点到落地点的行进时间；

h——抛出点的初始高度，如图(2)

x₀——从抛出点到落地点的距离

g——重力加高度，一般取g＝9.8

所以得出的初始高度方向为：(也就是出手角度)

$\mathrm{tga}=\frac{{\mathrm{gt}}_0^2-2h}{2_{x_0}}$

这就是要求的式子。

把算出的角度代入(1)，(2)式，就可求出高度。

当然，我们可以做一个对应于以上公式的电路或用编程的方法来求出投掷物的出手角度。

如图(3)所示，用以下的计算公式可以计算出投掷物在空中运动轨迹的弧线长度，已知投掷物从抛出点到落地点运动的时间t0和投掷物运动的位移x0，由这两个条件可知道，投掷物抛出时的初速度V0和抛出时初速度与地面的夹角a之间的关系式为：

V0 t0 COS a＝x0

但是不能确定具体的初速度V0是多大，因为在这个问题中初速度V0和初速度的方向未知。

现在的已知条件也不能求出抛物线的方程，也无法求出曲线的长度，必须再加上一个条件。

这个条件可以是任意位移处的小球的高度，但是一般都是给出小球在中点位移处的高度，即

x0/2处的小球的高度h.

如果条件满足，则抛物线的方程不妨设为：y＝PX²+qX

这个方程一定是这样，p，q是已知数，可由已知条件得出。

y(0)＝0，y(x0/2)＝h，y(x0)＝0

由此可得出投掷物在空中运动轨迹的弧线长度表达式为：

$S=\frac{1}{a(1-\frac{b}{\sqrt{1+b^2}})}+\mathrm{aIn}[1+\frac{a_{x_0}+b}{\sqrt{1+{(a_{x_0}+b)}^2}}]+\frac{1}{a(1+\frac{b}{\sqrt{1+b^2}})}$

$+\mathrm{aIn}[1-\frac{a_{x_0}+b}{\sqrt{1+{(a_{x_0}+b)}^2}}]-\frac{1}{a(1-\frac{a_{x_0}+b}{\sqrt{1+{(a_{x_0}+b)}^2}})}$

$-\frac{1}{a(1+\frac{a_{x_0}+b}{\sqrt{1+{(a_{x_0}+b)}^2}})}-\mathrm{aIn}[1-\frac{b}{\sqrt{1+b^2}}]$

$\mathrm{aIn}[1+\frac{b}{\sqrt{1+b^2}}]$

(注：弧线长度的表达式中的a、b是所求抛物线的二次项和一次项的系数。)

当然，我们可以做一个对应于以上公式的电路或用编程的方法来求出投掷物在空中运动轨迹的弧线长度。

Claims (10)

1.一种投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法，其特征在于：该投掷物上携带的副机包括接收电路、选择电路、转换电路、控制电路、发射电路，接收电路接收所需信号后其输出端依次连接A2选择电路、A3转换电路、发射电路，发射电路还和控制电路以及发射天线连接；该主机内包括接收电路、选择电路、转换电路、发射电路、计算组件、显示组件，接收电路接收所需信号后其输出端分别连接A1选择电路和A3选择电路，A1选择电路输出端依次连接A2转换电路、发射电路、发射天线，A3选择电路输出端依次连接计算组件、显示组件，计算组件还和主机的发射电路连接；主机和副机之间是相对应匹配的无线电通信，主机和副机之间是依赖、响应彼此的短脉冲有步骤的协调工作的。

2.根据权利要求1所述的投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法，其特征在于：该副机随投掷物着地的瞬间控制电路产生一个A1短脉冲经发射电路发射，主机的接收电路立即接收；经A1选择电路筛选出A1短脉冲传输到A2转换电路转换成A2短脉冲，A2短脉冲传输到主机的发射电路，发射电路将A2短脉冲分为两路：一路传输到主机的计算组件，另一路通过发射天线以无线波的形式发射出去，副机的接收电路立即接收A2短脉冲；经A2选择电路筛选出A2短脉冲传输到A3转换电路转换成A3短脉冲，A3短脉冲传输到副机的发射电路经发射天线将A3短脉冲发射出去，主机的接收电路立即接收A3短脉冲；经A3选择电路筛选出A3短脉冲传输到主机的计算组件，此时主机的计算组件根据A2短脉冲和A3短脉冲的时差及相关参数计算投掷物的投掷距离，最后计算组件将计算结果传输到显示组件直观的显示出来。

3.根据权利要求1所述的投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法，其特征在于：该投掷物上携带的副机有一个脱手控制电路，投掷物在脱手的瞬间由脱手控制电路产生一个A4短脉冲，经副机的发射电路以无线电波的形式将A4短脉冲发射到空中，主机的接收电路立即接收，经A4选择电路筛选出A4短脉冲后传输到主机的计算组件；所述投掷物着地的瞬间其副机的控制电路产生一个A1短脉冲经副机的发射电路发射，主机的接收电路立即接收；经A1选择电路筛选出A1短脉冲传输到A2转换电路转换成A2短脉冲，A2短脉冲传输到主机的发射电路，发射电路将A2短脉冲分为两路：一路通过发射天线以无线电波的形式向空中发射A2短脉冲，另一路传输到主机的计算组件，主机的计算组件计算出A4短脉冲和A2短脉冲之间的时差；副机的接收电路接收到A2短脉冲后经A2选择电路选出A2短脉冲传输到A3转换电路转换成A3短脉冲，所述A3短脉冲传输到副机的发射电路以无线波的形式发射，主机的接收电路立即接收A3短脉冲；经A3选择电路选出A3短脉冲传输到主机的计算组件，此时主机的计算组件计算出A2短脉冲和A3短脉冲之间的时差；最后主机的计算组件将A4短脉冲和A2短脉冲之间的时差与A2短脉冲和A3短脉冲之间的时差及相关参数做一个比较、计算，计算出投掷物投出时的出手角度。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法，其特征在于：所述A2转换电路和A3转换电路是频率转换电路。

5.根据权利要求1至3中任何一项所述的投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法，其特征在于：所述A2转换电路和A3转换电路是编码转换电路。

6.根据权利要求1至3中任何一项所述的投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法，其特征在于：所述A1短脉冲、A2短脉冲、A3短脉冲、A4短脉冲是不同频率的信号，且和A1选择电路、A2选择电路、A3选择电路、A4选择电路一一对应匹配。

7.根据权利要求1至3中任何一项所述的投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法，其特征在于：所述A1、A2、A3、A4的短脉冲是不同编码的信号，且和A1选择电路、A2选择电路、A3选择电路、A4选择电路一一对应匹配。

8.根据权利要求1至3中任何一项所述的投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法，其特征在于：该A1短脉冲是由副机控制电路的短脉冲发生器产生的。

9.根据权利要求1至3中任何一项所述的投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法，其特征在于：该投掷物每投掷一次，主机和副机只对投掷物第一次着地时副机的控制电路产生一次A1短脉冲以及A1短脉冲变化出来的A2短脉冲、A3短脉冲做出响应处理。

10.根据权利要求3所述的投掷类运动用无线电测量投掷距离的方法，其特征在于：该脱手控制电路产生的A4脉冲是一种人体感应开关和它的相关电路产生的。

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