Устройство для регистрации действий спортсмена на дистанции

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5028994/12 (22) 20.02.92 (46) 15. 1.93 Бюл. Йя 41-42 (76) Дикарев Виктор Иванович; Федоров Валентин

Васильевич; Харченко Владимир Иванович (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ДЕЙСТВИЙ СПОРТСМЕНА НА ДИСТАНЦИИ (57) Сущность изобретения: устройство содержит 1 контактный элемент (!) со средствами крепления на обуви спортсмена, 2 дифференцирующие цепи (2, !

8), 2 ждущих мультивибратора (3, 5); 1 инвертор (4), 1 элемент ИЛИ (6), 1 амплитудный манипулятор (7), 1 генератор (8) модулирующего кода, 1 усилитель (9) низкой частоты, 1 фазовый манипулятор (9Р RU (и) 200247б С1 (5Ц 5 А бЗ В б9 ОО (!0), 1 радиопередатчик (11), 1 передающую антенну (!2), 2 приемные антенны (13, 14}, 2 радиоприемника (15. !6), 1 амплитудный детектор (17), 3 однополярных вентиля (19, 25, 36), 1 триггер (20), 1 регстрирующий прибор (21), элемент (22) задержки, 3 леремножителя (23, 28, 29), 3 фильтра нижних частот (24, 30, 31}, 2 фазовращателя на 90 град (26, 27), 2 квадратара (32, 33), сумматор 34, 1 блок (35) извлечения квадратного корня. 1 — 2 — 4 — 5—

6, 2 — 3 — 6 — 7 — 10 — 11 — 12, 2 — 8 — 9 — !Π— 11 — 12, 13 — 15 — 17 — !8 — 19 — 20 — 21, 15 — 22—

23 — 24 — 25 — 21, 15 — 23, 15 — 28 — 30 — 32 — 34 — 35 — 36 — 21, 15 — 26 — 20 — 31 — 33 — 34 — 35—

36 — 21,14 — 16 — 27-29. 4 ил.

2002476

Изобретение относится к спортивной технике и может быть использовано для регистрации и анализа действий спортсменов на тренировках и соревнованиях, например, для регистрации и анализа действий легкоатлетов, футболистов, кроссменов.

Наиболее близким по технической сущ,ности к предлагаемому является устройство для регистрации действий спортсмена на дистанции, которое содержит контактный ключ, закрепленный в обуви спортсмена. Во время опоры на ногу контактный ключ замыкается и подает управляющее напряжение в модулятор радиопередатчика, носимого спортсменом. Радиопередатчик генерирует высокочастотное колебание только во время опоры спортсмена на ногу. Высокочастотные колебания излучаются в эфир закрепленной на спортсмене антенной. Эти колебания принимаются радиоприемником. располо>кенным на стадионе, демодулируются оконечным регистратором, например ондулятором, На ленте ондулятора в виде импульсов записывается число опор спортсмена на одну из ног. Длительность импульса определяется продолжительностью опоры на эту ногу. Тренеры после окончания записи расшифровывают ондуллограмму, оценивают скорость движения спортсмена, его технику преодоления дистанции, равномерность распределения сил и т.п.

Для снижения веса и энергопотребления носимой аппаратуры радиопередатчик излучает колебания только в моменты начала и конца, опоры на ноги. При этом для разницы в регистрирующей аппаратуре этих моментов длительности генерируемых импульсов выбраны различными.

Однако указанное. устройство не обеспечивает возможности для передачи номера спортсмена и пеленгации его в процессе движения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем передачи номера спортсмена, точной и однозначной пеленгации его в процессе движения.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 — принцип пеленгации спортсмена фазовым методом: на фиг.3 и 4 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для регистрации действий спортсмена на дистанции содержит контактный элемент 1 со средствами крепления на обуви спортсмена, первую дифференциальную цепь 2, первый ждущий мультивибратор 3, инвертор 4, второй ждущий мультивибратор 5, элемент ИЛИ 6, ампли45 перемножитель 28, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника 15, 50

40 тудный манипулятор 7, генератор 8 модулирующего кода, усилитель 9 низкой частоты. фазовый манипулятор 10, радиопередатчик

11, передающую антенну 12. первую 13 и вторую 14 приемные антенны, первый 15 и второй 16 радиоприемники, амплитудный детектор 17, вторую дифференцирующую цепь 18, первый однополярный вентиль 19, триггер 20, регистрирующий прибор 21, элемент 22 задержки, первый перемножитель

23, первый фильтр 24 нижних частот, второй однополярный вентиль 25, первый 26 и второй 27 фазовращатели на 90, второй 28 и третий 29 перемножители, второй 30 и третий 31 фильтры нижних частот, первый 32 и второй 33 квадраторы, сумматор 34, блок 35 извлечения квадратного корня и третий однополярный вентиль 36. Причем к выходу контактного элемента 1 последовательно подключены дифференцирующая цепь 2, инвертор 4. ждущий мультивибратор 5, элемент ИЛИ 6, второй вход которого через ждущий мультивибратор 3 соединен с выходом дифференцирующей цепи 2, амплитудный манипулятор 7, фазовый манипулятор

10, второй вход которого через последовательно включенные генератор 8 модулирующе о кода и усилитель 9 низкой частоты соединен с выходом дифференцирующей цепи 2. радиопередатчик 11 и передающая антенна 12. К выходу антенны 13 последовательно подключены радиоприемник 15, амплитудный детектор 17, дифференцирующая цепь 18, однополярный вентиль 19, триггер 20 и регистрирующий прибор 21. К выходу радиоприемника

15 последовательно подключены элемент

22 задер>кки, перемножитель 23, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника 15, фильтр 24 нижних частот и однополярный вентиль 25, выход которого соединен с вторым входом регистрирующего прибора 21. К выходу антенны 14 последовательно подключены радиоприемник 16, фильтр 30 нижних частот, квадратор 32, сумматор 34, блок 35 извлечения квадратного корня и однополярный вентиль 36, выход которого соединен с третьим входом регистрирующего прибора 21, К выходу радиоприемника 15 последовательно подключены фазовращатель 26 на 90, перемножитель

29, второй вход которого через фазовращатель 27 на 90 соединен с выходом радиоприемника 15, фильтр 31 нижних частот и квадратор 33, выход которого соединен с вторым входом сумматора 34, Устройство работает следующим образом, 2002476

M и, где 0с, гчс, рс, 71 — амплитуда, несущая часи- тата, начальная фаза и длительность сигнаь- 10 ла, т p<(t} = 0,.>т — манипулируемая фаза сигУ нала, отображающая закон фаэовой манипуляции в соответствии с модулиру,ощим кодом M(t), причем p,(t)=coast гри К z «<

<(K+1) т и мо>кет изменяться скачком при

t-K г, т.е. на границах между элементарными посылками (K=1,2...,N); б- г, М вЂ” длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигHBfl длительностью 71 (т1 = N .3 ). у Радиопередатчик 11 усиливает сигнал

uc(t) до уровня, необходимого для органиэации связи на заданном участке местности, и через антенну 12 излучает в эфир.

У 25 Принимаемый ФМн сигнал с выходом приемных антенн 13 и 14 поступает на входы радиоприемников 15 и 16, на выходах

У которых образуются следующис сигналы cvответственно:

22 30 u1(t)=01 COS (а>с1 + pr(t) + (pc =

= 01v1(t) . СОя(ю,t +pc}, u2(t)=U2 СОВ (u>ct + бк(1} + (pc + Л ) =

= Ll2 M(t — z) CGS («>с(t г) + У>с)

3 где hp =- 2.т-г Sin y — разность фаз, определяющая направление на спортсмена;

6, 6R d ь- Г = — = — SIR 1 время запаздывания

40 с с сигнала, приходящего.на одну антенну, по отношению к сигналу, приходящему на другую антенну (см,фиг.2);

d — расстояние между антеннами (измерительная база); л — длина волны;

С вЂ” скорость распространения радиоволн; у — угол прихода радиоволн.

Фазоманипулированный сигнал о1(с) и радиоимпульс длительностью г2 с выхода радиоприемника 15 поступает на вход амплитудного детектора 17, который выделяет

t) его огибающую (см.фиг.46), представляющую собой последовательность прямоугольных импульсов длительностью 71 и 42. вУкаэанные импульсы поступают на вход

ы дифференцирующей цепи 18, которая фикс сирует передние и задние фронты входных оимпульсов в виде коротких остроконечных

Установленный в обуви спортсмена контактный элемент 1 вырабатывает потенциальный сигнал при опоре спортсмена на одну иэ наг (см.фиг.За). Длительность То сигнала определяется продолжительностью опоры. Этот сигнал преобразуется дифференцирующей цепью 2 в два коротких и пульса разной полярност соответствующих началу и концу потенц ального сигнала (см.фиг.Зб). Положител ный короткий импульс соатветствуе моменту начала опоры спортсмена на ног а отрицательному короткому импульсу соо ветствует окончание опоры спортсмена н эту ногу. Положительный короткий импул поступает на входы ждущего мультивибр тора 3 и генератора 8 модулирующего код запуская их. При этом ждущий мультиви ратор 3 генерирует одиночный положител ный импульс длительностью г1 (см.фиг.Зв), генератор 8 модулирующего кода генерир ет прямоугольный импульсы разной поля ности (см.фиг.Зз). Отрицательный коротки импульс(см.фиг,Зб) инвертируется инверт ром 4 (см.фиг.3r) и поступает на вход >кд щего мультивибратора 5, которы вырабатывает импульс длительностью (см,фиг.Зд). Времязадающие элементы жд щих мультивибраторов 3 и 5 выбранным т ким образом, что длительность существенно меньше длительности г1, н пример, в 2 — 3 раза. Длительностьт2 опред ляется полосой пропускания используемог в устройстве тракта радиопередатчик-р диоприемник.

С выходов ждущих мультивибраторов и 5 прямоугольные импульсы. подаются н соответствующие входы элемента ИЛИ который выполняет роль сумматора импул сных сигналов. В результате на выходе эл мента ИЛИ 6 будет действоват импульсная последовательность, саста щая из чередующих импульсов длительн стью т1 и т2 (см.фиг.3e). Причем импульс длительностью г1 соответствует момент н чала опоры clloptcMBHB на ногу, а импульс длительностью .г2 — окончание опор спортсмена на эту ногу.

Амплитудный манипулятор 7 заполняе эти прямоугольные импульсы высокочасто ным сигналом (см.фиг.З>к). Укаэанный си нал поступает на первый вход фазовог манипулятора 10, на второй вход которог подается модули рующий код M ( (см.фиг.Зз) через усилитель 9 низкой част ты. В фазовом манипуляторе 10 осущест ляется манипуляция фаз высокочастотного сигнала в соответствии модулирующим кодом M (t). в котором зак дирована информация о номере спортсмена. Н". выходе фазового манипулятора 10 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал (см.фиг,Зи)

uc(t)=Uc соз(в,t + p,(t) + рс), 0 t т1, 2002476 импульсов соответственно положительной и отрицательной полярности. Эти импульсы поступают на вход однополярного вентиля

19, который и ро пускает только пол ожител ьные импульсы (см.фиг.4г). Первый положител ьн ый импульс. поступая на установленный вход триггера 20, устанавливает его в единичное состояние. Второй положительный импульс переводит триггер 20 в исходное состояние. На выходе триггера

20 формируется прямоугольный импульс длительностью Т, (см.фиг.4д). Следовательно, триггер 20 находится в единичном состоянии только в момент опары спортсмена на ногу. Прямоугольный импульс с выхода триггера 20 поступает на информационный вход регистрирующего прибора 21, где регистрируется в любой требуемой форме. Например, если в качестве регистрирующего прибора 21 применить ондулятор, то на его ленте будут записываться импульсы опоры спортсмена на одну из наг.

Принимаемый ФМн сигнал u1(t) (см.фиг.4а) с выхода радиоприемника 15 одновременно поступает на первый вход перемножителя 23 и на вход элемента 22 задержки, время задержки тэ которого выбирается равным длительности тэ элементарных посылок (rэ= (э), На выходе элемента

22 задержки образуется сигнал

ua(t- тэ)=

= U1. COS (((Ус(t Lý) + у"к(1 э) + pс3

О «t Т1, где гэ =гэ, который поступает на второй вход перемножителя 23, На выходе перемножителя

23 образуется низкочастотное напряжение (см,фиг.4с) ин1(т) = Q1 саз р (с) .О с ц, -1 где U» =- K Uf

К вЂ” коэффициент передачи перемнажителя; . пропорциональное модулирующему коду М(с). Это напряжение поступает на вход однополярного вентиля 25, который пропускает только положительные импульсы (см,4ж). Указанные импульсы фиксируются регистрирующим прибором 21, Они используются для кодирования в цифровой форме номера, под которым выступает данный спортсмен.

Для пеленгации спортсмена используется фазовый метод, при котором разность фаэ hp сигналов, принимаемых двумя раз-. несенными антеннами, определяется выражением

hp =2л cosy, д

Однако фазоваму методу пеленгации свойственно противоречие между требованиями к точности измерений и однозначности отсчета угла. Действительно, согласно

5 вышеприведенной формуле фазавая система тем чувствительнее к изменению угла, чем больше относительный размер базы

d/Ë. На с ростом d/it уменьшается значение угловой координаты, при котором разность

10 фаэ hp не превосходит значение 2 г, т,е, наступает неоднозначность отсчета.

В предлагаемом устройстве для точной и однозначной пеленгации спортсмена в процессе ега движения па дистанции ис15 пользуется модифицированный фазовый метод, основанный на квадратурной корреляционной обработке принимаемых ФМн сигналов. Для этага напряжения u1(т} и uz(t) с выходов радиоприемников 15 и 16 подают20 ся на два входа перемнажителя 28, на выходе которого образуется результирующее колебание

uZ1(t) = UZ M(t) M(t — ) .

cosо> L+ U7 M(t) M(t — L) .

cos(2 в,1 — o)cL+ 2(р,), 0 = 1 «т1, 1 где UZ= — К. и Uz, 2

Из полученного результирующего колебания фильтром 30 нижних частот выделяется напряжение разнастной частоты

u»(t) = О .", М® M(t г)

COS (uc r, 0 « t «L1, пропорциональное корреляционной функции сигналов U1(t) и Uz(t). Для получения максимального значения корреляционной функции необходимо выполнить следующие условия м,т = л. К, К = О, 1,! 2 .. „!с0$и)сН = 1

Однако при нестабильности несущей частоты (ac и при изменении т, что обусловлено перемещением спортсмена, указанное условие выполнить весьма трудно. Для выполнения указанного условия предлагается

45 использовать квадратурную обработку принимаемых ФМн сигналов. С этой целью сигналы щ(1) и uz(t) с выходов радиоприемников

15 и 16 поступают одновременно на входы фазовращателей 26 и 27 на 90, на выходах которых образуются напряжения

u4(t)=U1 M(t) cos(v>ct + pc+90 )=

= U1M(t) Sifl(» т+Pc), щ(т)=Ог M(t L) Cos (COc(t — т) + pc+ 900)=

= Uz М(е- L) sin (wc(t — L) + pc), 0 « t «r1, 55 Эти напряжения подаются на два входа перемножителя 29, на выходе которого образуется результирующее колебание

u@ — — UZ M(t) M(t — L)

sin (о,L+ Ug M(t) M(t — т) .

2002476

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ

ДЕЙСТВИЙ СПОРТСМЕНА НА ДИСТАНЦИИ, содержащее последовательно вклю- 30 ченные контактный элемент со средствами крепления на обуви спортсмена, первую дифференцирующую цепь, инвертор, первый ждущий мультивибратор, элемент

ИЛИ, второй вход которого через второй

35 ждущий мультивирратор соединен с выходом первой дифференцирующей цепи, и амплитудный манипулятор, подключенный к выходу элемента ИЛИ, последовательно 40 включенные радиопередатчик и передающую антенну, последовательно включенные первую приемную антенну, первый радиоприемник, амплитудный детектор и вторую дифференцирующую цепь, а также 45 последовательно включенные триггер и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что в него введены генератор модулирующего кода, усилитель низкой частоты, фазовый манипулятор, вторая приемная 50 антенна, второй радиоприемник, однополярные вентили, элемент задержки, перемножители и фильтры нижних частот, фазовращатели на 90, квадраторы, сумматор и блок извлечения квадратного корня, 55 причем к выходу первой дифференцирующей цепи последовательно подключены генератор модулирующего кода, усилитель

sin(2e,t — в,г + 2ср,), О t < ц .

Из полученного результирующего колебания фильтром 31 нижних частот выделяется напряжение разностной частоты

u»(t} = UZ M(t) M(t — z) .

sin et, 0 т т1 .

Напряжения uvi(t) и u»(t) через квадраторы 32 и 33 поступают на два входа сумматора 34, на выходе которого образуется суммарное напряжение о Ф) Р1() + 42(t)

= (UZ M(t) M(t — z})2, (сов к,т+ За в,г) =

= (UZ M(t) fe z)y .

Это напряжение поступает на вход блока 35 извлечения квадратного корня, на выходе которого образуется низкочастотное напряжение (см,фиг.4з)

"()=lJZ.M(t) М(- ) которое представляет собой произведение модулирующей функции M(t) (см,фиг,4е) и ее сдвинутой на z копии M(t — z) (cM,ôèã,4ý).

Формула изобретения

Напряжение u> (t) поступает на вход однополярного вентиля 36, который пропускает только отрицательные импульсы (см,фиг.4к) длительностью т. Укаэанные импульсы фиксируются регистрирующим прибором 21.

Следует отметить, что при перемещении спортсмена относительно антенн 13 и 14 длительность т отрицательных импульсов изменяется, Тренеры после окончания записи расшифрованной ондулограммы и определяют номер спортсмена, а также оценивают скорость его движения, технику определения дистанции, равномерность сил, направление движения и т.п.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает передачу, прием и регистрацию номера спортсмена..точную и однозначную пеленгацию его в процессе движения по дистанции. Тем самым функциональные возможности устройства расширены. (56) Авторское свидетельство СССР

N 1284571, кл. А 63 В 69/00, i987. низкой частоты и фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом амплитудного манипулятора, а выход подключен к входу радиопередатчика, выход второй дифференцирующей цепи через первый однополярный вентиль подключен к входу триггера, к выходу первого радиоприемника последовательно подключены элемент задержки, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого радиоприемника, первый фильтр нижних частот и второй однополярный вентиль, выход которого соединен с вторым входом регистрирующего прибора. к выходу второй приемной антенны после-. довательно подключены второй радиоприемник, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого радиоприемника. второй фильтр нижних частот, первый квадратор, сумматор, блок извлечения квадратного корня и третий однополярный вентиль, выход которого соединен с третьим входом регистрирующего прибора, к выходу первого радиоприемника последовательно подключены первый фазовращатель на 90, третий перемножитель, второй вход которого через второй фазовращатель на 90 соединен с выходом второго радиоприемника, третий фильтр нижних частот и второй квадратор, выход которого соединен с вторым входом сумматора.

2002476

2002476

0) (t) Составитель Н.Зенитов

Техред М.Моргентал Корректор С,Патрушева

Редактор А.Зробок

Тираж. Подписное

НПО. "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Заказ 3200

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101