CN105214288A - 基于无人机的高尔夫球识别定位跟踪和信息通讯*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于无人机的高尔夫球识别定位跟踪和信息通讯***，包括无人机、高尔夫球模块、无人机地面站以及手持机；所述无人机包括无人机机体、设置于机体上的摄影机以及高尔夫雷达、飞行控制单元和实时通信单元；所述无人机通过实时通信单元连接无人机地面站、通过高尔夫雷达连接高尔夫球模块；所述高尔夫球模块包括球体以及天线单元；所述高尔夫手持机通过无线网络连接无人机地面站。本发明提供无人机识别、定位、跟踪、和寻找高尔夫球并航拍高尔夫球飞行轨迹，还提供无人机航拍和巡航高尔夫球场，使高尔夫参赛者或运动者掌握高尔夫球道三维立体信息，并提供环境如球道风向信息，进一步标定或修正高尔夫球场及球道的电子地图。

Description

基于无人机的高尔夫球识别定位跟踪和信息通讯***

技术领域

本发明涉及基于无人机的高尔夫球定位领域，尤其涉及一种基于无人机的高尔夫球识别定位跟踪和信息通讯***。

背景技术

高尔夫球运动已经成为奥林匹克运动会项目，是一项绿色、阳光、健康、养生的运动，在世界范围内已经普及。近几年，高尔夫运动在中国得到了迅速的发展，不久的将来，高尔夫也会成为一项中国的大众运动。

高尔夫参赛者或运动者都期望有一个高技术产品，能够帮助他们迅速提高运动成绩，记录和分享他们的高尔夫精彩时刻和人生，并享受这样一种健康的运动。例如，动态实时地显示高尔夫球的实际运动轨迹、击球距离、球落点定位、每一杆球的路径、技术动作、甚至在复杂的球场环境中迅速地发现并找到自己的球。根据美国高尔夫协会(USGA)的比赛规则，参赛者如果丢失了他们的球，而不能在规定的短时间内找到，就要在一轮或整场比赛中被罚杆。

无人飞机已经从军用技术走向民用，并开始普及。例如，深圳大疆创新科技有限公司成功研发和销售系列四旋翼无人机。无人飞机用途广泛，包括警用、城市管理、环境监测、森林防火、电力巡线、抢险救灾、视频拍摄等行业。

然而，对于直径约4厘米大小并快速飞行的高尔夫球，现有各种无人机的定位和跟踪技术还是无能为力。发明人申请的中国发明专利申请号201410370775.8公开了一种嵌入天线的高尔夫球，保持球对称性、抗击打，并利用雷达通讯技术实现高尔夫球的定位。另一方面，现有高尔夫球训练都是地面固定***，没有天地立体的三维跟踪***。本发明公布了基于无人机的天地立体化的三维高尔夫运动和数据通讯技术，特别是一种有天线单元的高尔夫球通过无人机进行识别定位跟踪和实现手持机通讯及实时高尔夫信息传输的天地立体化三维***。

发明内容

为了提供一种能够动态实时地显示高尔夫球的实际运动轨迹、击球距离、球落点定位、每一杆球的路径、技术动作、甚至在复杂的球场环境中迅速地发现并找到特定高尔夫球的***，本发明提供以下技术方案：

基于无人机的高尔夫球识别定位跟踪和信息通讯***，包括无人机、高尔夫球模块、无人机地面站以及手持机；所述无人机包括无人机机体、设置于机体上的高尔夫雷达、飞行控制单元和实时通信单元；所述实时通信单元分别连接无人机地面站、高尔夫雷达和飞行控制单元，所述高尔夫雷达连接高尔夫球模块，所述飞行控制单元连接无人机机体用于控制机体飞行；所述高尔夫球模块包括球体以及设置于球体内的天线单元；所述高尔夫手持机通过无线网络连接无人机地面站。

高尔夫球识别定位跟踪方法，包括以下步骤：

S1、高尔夫球被击打后，通过天线与高尔夫雷达连接，接收来自高尔夫雷达的射频信息；

S2、天线反射或再次发射电磁波至雷达；雷达获得无线射频信号和参数；

S3、无人机通过高尔夫雷达和实时通信单元把这些实时信息传输到无人机地面站和高尔夫手持机；

S4、无人机地面站根据球道电子地图和包含多普勒效应的特定算法定位高尔夫球，计算高尔夫球飞行参数，并将实时信息返回到飞行控制单元；

S5、飞行控制单元利用实时信息控制无人机飞行路线、跟踪高尔夫球。

同时无人机地面站将位置信息发送至高尔夫手持机，引导高尔夫球员找到自己的球。

进一步的，所述无人机机体上还设置有摄影机，所述摄影机通过实时通信单元将航拍影像文件传输至无人机地面站。设置摄影机不仅能够拍摄高尔夫球的运动影像，还能够使高尔夫球员掌握高尔夫球道三维立体信息。

进一步的，所述高尔夫手持机包括无线定位单元、球场及球道电子地图单元、无线网络通信单元以及高尔夫训练模拟单元，所述无线定位单元连接卫星用于辅助定位高尔夫球员所在位置；所述球场及球道电子地图单元通过无线网络通信单元获取球场及球道网络地图、通过无人机地面站获取球场及球道的修正地图，能够在现有电子地图的基础上对其进行实时的标定和修正；所述高尔夫模拟训练单元包括成绩记录部分和轨迹记录部分，所述成绩记录部分由球员手动输入，所述轨迹记录部分与无人机地面站连接，用于接收高尔夫球运动轨迹和航拍影像，有利于帮助球员快速进行轨迹分析以便提高运动成绩。

进一步的，所述高尔夫手持机可以通过无线网络通信单元将高尔夫训练模拟单元数据分享至网络平台，能够分享高尔夫运动的精彩时刻。

进一步的，高尔夫雷达、天线单元、高尔夫手持机、无人机地面站、及无人机实时通信单元的通讯协议可以是RFID、WIFI、蓝牙、UWB、GSM、4GLTE中的任意一种，通讯***的射频中心频率没有限制，可以是多频段，典型频率为13.56MHz、430MHz、900MHz、1.8GHz、2.4GHz、5.0GHz、24GHz，以及毫米波频段，即等于或高于30GHz，例如60GHz。

本发明的有益效果在于：通过无人机识别、定位、跟踪、和寻找高尔夫球并航拍高尔夫球飞行轨迹，实现高尔夫球的智能化管理。同时，还提供无人机航拍和巡航高尔夫球场，使高尔夫参赛者或运动者掌握高尔夫球道三维立体信息，并提供环境如球道风向信息，进一步标定或修正高尔夫球场及球道的电子地图。

附图说明

图1、基于无人机的高尔夫球识别、定位、数据传输、和高尔夫球飞行轨迹的获取示意图

图2、无人机高尔夫球场和球道巡航拍摄过程示意图

图3、基于无人机的高尔夫球识别定位跟踪方法示意图

具体实施方式

基于无人机的高尔夫球识别定位跟踪和信息通讯***，包括无人机101、高尔夫球100、无人机地面站108以及手持机109；所述无人机101包括无人机机体、设置于机体上的高尔夫雷达103、飞行控制单元201和实时通信单元301；所述实时通信单元301分别连接无人机地面站108、高尔夫雷达103和飞行控制单元201，所述高尔夫雷达103连接高尔夫球100，所述飞行控制单元201连接无人机101机体用于控制机体飞行；所述高尔夫球100包括球体以及设置于球体内的天线单元；所述高尔夫手持机109通过无线网络连接无人机地面站108。

高尔夫球100被击打后，通过天线与高尔夫雷达103连接，高尔夫雷达103将接收到的数据通过实时通信单元301传输至无人机地面站108，无人机地面站108定位高尔夫球100，并将定位数据传输至无人机101飞行控制单元201，无人机101飞行控制单元201控制无人机101跟踪高尔夫球100飞行，以实现高尔夫球100的跟踪定位，同时无人机地面站108将位置信息发送至高尔夫手持机109，引导高尔夫球100员找到自己的球。

本实施例的高尔夫球100飞行轨迹获取如图1所述，将要击打的高尔夫球100位于位置202，首先对将要击打的嵌入天线的高尔夫球100进行识别、定位和实时传输，由信息传输链212和210共同完成。当高尔夫球100飞行时，例如空中位置203和204，对高尔夫球100进行识别定位分别由信息传输链214和210、信息传输链216和210完成。当高尔夫球100降落到目标位置，例如果岭位置205，对高尔夫球100进行识别定位由信息传输链218和210实现。无人机101可以悬停于球道上方，也可以跟踪高尔夫球100。最后，每一杆击打的高尔夫球100运动轨迹220，都可以收集、储存、显示在地面站108或/和高尔夫手持机109上。

所述无人机101机体上还设置有摄影机102，所述摄影机102通过实时通信单元301将航拍影像文件传输至无人机地面站108。设置摄影机102不仅能够拍摄高尔夫球100的运动影像，还能够使高尔夫球100员掌握高尔夫球100道三维立体信息。本实施例中的航道拍摄过程如图2所示，无人机101通过摄影机102对发球台(没有标示)、果岭510、511、512、513等之间的球道520、521、522、523等和整个高尔夫球100场进行航拍和侦察，通过数据链502实时传输图像和位置信息到无人机地面站108和高尔夫手持机109。这些装置可以储存和显示这些数据，帮助高尔夫运动员熟悉球场、球道、果岭、发球台等重要位置，以及沙坑、水塘、树林等障碍物(没有标示)。高尔夫运动员掌握高尔夫球100道的三维立体信息和环境信息等。无人机101巡航还可以实现高尔夫球100场的智能化管理，例如，发现哪里草坪需要浇水。无人机101巡航和数据传输，通过机载GPS定位、高尔夫手持机109无线辅助定位的球道等精确位置信息，进一步用于标定或修正高尔夫球100场及球道的电子地图，使高尔夫球100跟踪和定位更加精确。

所述高尔夫手持机109包括无线定位单元、球场及球道电子地图单元、无线网络通信单元以及高尔夫训练模拟单元，所述无线定位单元连接卫星用于辅助定位高尔夫球100员所在位置；所述球场及球道电子地图单元通过无线网络通信单元获取球场及球道网络地图、通过无人机地面站108获取球场及球道的修正地图，能够在现有电子地图的基础上对其进行实时的标定和修正；所述高尔夫模拟训练单元包括成绩记录部分和轨迹记录部分，所述成绩记录部分由球员手动输入，所述轨迹记录部分与无人机地面站108连接，用于接收高尔夫球100运动轨迹和航拍影像，有利于帮助球员快速进行轨迹分析以便提高运动成绩。

所述高尔夫手持机109可以通过无线网络通信单元将高尔夫训练模拟单元数据分享至网络平台，能够分享高尔夫运动的精彩时刻。

所述高尔夫雷达103、天线单元、高尔夫手持机109、无人机地面站108、及无人机101实时通信单元301的通讯协议可以是RFID、WIFI、蓝牙、UWB、GSM、4GLTE中的任意一种，通讯***的射频中心频率没有限制，可以是多频段，典型频率为13.56MHz、430MHz、900MHz、1.8GHz、2.4GHz、5.0GHz、24GHz，以及毫米波频段，即等于或高于30GHz，例如60GHz。

图3为基于无人机101的高尔夫球识别定位跟踪方法示意图。嵌入天线单元的高尔夫球100，接收来自高尔夫雷达103的射频信息611，反射或再次发射电磁波通过链路612被雷达103接收。高尔夫雷达103获得各种无线射频信号和参数，例如，反射波或回波强度、相角、多普勒效应、波长、频率、时间差等。无人机101通过高尔夫雷达103接口和实时通信单元301把这些实时信息通过数据链610传输到地面站108和高尔夫手持机109。地面站108根据球道电子地图612和包含多普勒效应的特定算法611定位高尔夫球100，计算高尔夫球100飞行参数等，由数据链610返回信息到飞行控制单元201。实时通讯信息用于控制飞行路线、跟踪高尔夫球100、发现高尔夫球100等功能，实现高尔夫手持机109app或apk界面功能。

Claims (6)

1.基于无人机的高尔夫球识别定位跟踪和信息通讯***，其特征在于：包括无人机、高尔夫球模块、无人机地面站以及手持机；所述无人机包括无人机机体、设置于机体上的高尔夫雷达、飞行控制单元和实时通信单元；所述实时通信单元分别连接无人机地面站、高尔夫雷达和飞行控制单元，所述高尔夫雷达连接高尔夫球模块，所述飞行控制单元连接无人机机体用于控制机体飞行；所述高尔夫球模块包括球体以及设置于球体内的天线单元；所述高尔夫手持机通过无线网络连接无人机地面站。

2.如权利要求1所述的基于无人机的高尔夫球识别定位跟踪和信息通讯***，其特征在于：所述无人机机体上还设置有摄影机，所述摄影机通过实时通信单元将航拍影像文件传输至无人机地面站。

3.如权利要求2所述的基于无人机的高尔夫球识别定位跟踪和信息通讯***，其特征在于：所述高尔夫手持机包括无线定位单元、球场及球道电子地图单元、无线网络通信单元以及高尔夫训练模拟单元，所述无线定位单元连接卫星用于辅助定位高尔夫球员所在位置；所述球场及球道电子地图单元通过无线网络通信单元获取球场及球道网络地图、通过无人机地面站获取球场及球道的修正地图；所述高尔夫模拟训练单元包括成绩记录部分和轨迹记录部分，所述成绩记录部分由球员手动输入，所述轨迹记录部分与无人机地面站连接，用于接收高尔夫球运动轨迹和航拍影像。

4.如权利要求3所述的基于无人机的高尔夫球识别定位跟踪和信息通讯***，其特征在于：所述高尔夫手持机可以通过无线网络通信单元将高尔夫训练模拟单元数据分享至网络平台。

5.如权利要求1所述的基于无人机的高尔夫球识别定位跟踪和信息通讯***，其特征在于：高尔夫雷达、天线单元、高尔夫手持机、无人机地面站、及无人机实时通信单元的通讯协议可以是RFID、WIFI、蓝牙、UWB、GSM、4GLTE中的任意一种，通讯***的射频中心频率没有限制，可以是多频段，典型频率为13.56MHz、430MHz、900MHz、1.8GHz、2.4GHz、5.0GHz、24GHz，以及毫米波频段，即等于或高于30GHz，例如60GHz。

6.基于无人机的高尔夫球识别定位跟踪方法，包括以下步骤：

S1、高尔夫球被击打后，通过天线与高尔夫雷达连接，接收来自高尔夫雷达的射频信息；

S2、天线反射或再次发射电磁波至雷达；雷达获得无线射频信号和参数；

S3、无人机通过高尔夫雷达和实时通信单元把这些实时信息传输到无人机地面站和高尔夫手持机；

S4、无人机地面站根据球道电子地图和包含多普勒效应的特定算法定位高尔夫球，计算高尔夫球飞行参数，并将实时信息返回到飞行控制单元；

S5、飞行控制单元利用实时信息控制无人机飞行路线、跟踪高尔夫球。