摘要
近年来，“智慧运动”“科技体育”等新兴概念逐渐运用到体育健康领域中，来更好地分析运动员的运动状况。由于超宽带(Ultra-Wideband，UWB)通信技术具备高速数据传输、测距精度高、抗干扰强等特点，因此将UWB技术应用到体育训练中，可实现对多运动员二维位置轨迹的实时监测。但是在场地构建过程中，基站坐标获取不方便。并且在运动员定位系统应用中，由于存在时钟漂移的问题，导致定位系统应用到达时间差（Time Difference of Arrive，TDOA）定位方法时，时间差存在误差。 针对运动场内UWB基站的位置获取不方便等问题，提出了一种基于飞行时间(Time of Flight，TOF)的UWB可移动基站快速自定位方法。首先，根据基站布局确定局部坐标系，建立基于UWB基站之间相互测距信息的各基站的坐标方程，然后用最小二乘法对各基站的坐标进行解算，最后用DOP值计算法对运动场的基站布局方案进行评估；实验结果证明可移动基站的平均定位精度在0.05m。与传统的人工测量方式相比，基站自定位可以有效节省基站布设时间，降低工作量。 针对定位系统时钟漂移的问题，提出基于卡尔曼滤波的误差补偿算法。首先，通过同一个时钟周期内主基站和从基站之间的发送及接收时间戳的关系，分析时钟偏移和从基站接收时间戳之间的关系，之后，为提高算法的准确性，设计了基于卡尔曼滤波算法的同步误差补偿方法。通过试验验证，误差补偿算法可以使从基站较为精确的跟踪主基站的时钟偏移。 针对复杂环境下多运动员实时高精度定位的要求，本文采用TDOA定位方法以及泰勒算法进行待定位标签的位置解算。然后，提出了基于卡尔曼滤波算法的二维定位误差补偿方法。经运动场试验验证，运动员的定位精度在24cm内，满足了运动场中人员的定位精度需求。 本文基于UWB技术，构建相应的无线实时测试系统，提出适合运动场中多运动员实时高精度二维定位的技术。目前该算法应用在足球运动训练等赛事，可以突破运动员位置参数准确获取、可穿戴设备的微小型集成、测试数据处理存储及可视化等关键技术，为运动员的训练效果评估和竞技战术水平提供可靠有效的数据支撑。此外，本文定位系统具有设备便携，功耗较低且精度较高的特点，为室内环境中的导航定位提供了多个人员位置信息获取的方案。
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