具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以下结合实施例详细阐述本发明的内容。为了便于本领域人员理解，现将实施例结合附图对本发明的结构作进一步详细描述：

实施例一

一种运动员身体倾斜度的计算方法，所述方法基于蓝牙AoA实时定位系统实现，参考图1，所述蓝牙AoA实时定位系统包含若干蓝牙定位标签和若干蓝牙基站1和定位服务器，所述蓝牙基站1均包含蓝牙天线阵列，所述蓝牙基站1设置于半圆式田径场的半圆部的四周。具体地，所述蓝牙基站1设置于半圆式田径场的半圆部的外径和内径的四周，且相邻的蓝牙基站1之间的直线距离小于10米。定位服务器用于提供算力。

蓝牙AoA计算标签位置的流程参考图3，具体如下。

参考图4-5，本实施例中，蓝牙定位标签是指拥有广播协议的蓝牙外围设备，蓝牙定位标签被安装在网球球体的球心处以及运动员上衣的衣领处两个位置，同时蓝牙标签将连续周期性地向它的周围环境进行广播，并且它不会被其他设备进行连接。蓝牙定位标签发送的广播信号包含寻向数据包，寻向数据包包含当前标签的ID，所在逻辑时钟同步单元ID等信息。蓝牙基站本身包含有蓝牙天线阵列，系统启动后，所有蓝牙基站和蓝牙定位标签之间同步逻辑时钟。蓝牙基站通过实时获取蓝牙标签的信号强度、到达角等参数，定位服务器即可实时计算出蓝牙标签的定位数据。具体地，本实施例中，以50-200Hz的频率获取蓝牙定位标签的位置，频率越高，获取的蓝牙定位标签的位置数据越丰富，可为后续步骤提供更平滑的数据，在此不做限定。

本实施例应用蓝牙5.1标准规范版本中包含寻向功能，该功能是通过基站接收蓝牙标签的广播信号进行定位的。寻向功能(Direction Finding Using Bluetooth LowEnergy,蓝牙核心规范文档281页)包括到达角(Angle of Arrival,AoA)和出发角(Angleof Departure,AoD)两种方向测量技术。本系统使用了AoA到达角技术来实现对运动场模型中各个子模型的定位。计算到达角的计算公式为：θ＝arccos((ψλ)/(2πd))，其中d是天线之间的距离，λ电磁波波长，ψ为电磁波经过两个天线时的相位差。蓝牙基站在场周分布的越均匀计算出来的位置越准确。本实施例中，蓝牙基站接收蓝牙定位标签的广播信号时，可以通过RSSI值计算信号强度，信号强度反应了标签与基站距离的远近，RSSI值越小，距离越远。蓝牙基站将指定的标签ID、指定的逻辑时钟同步单元ID和其他附属信息(例如信号强度值)发送给定位服务器。具体的算法在蓝牙5.1标准规范版本记载，在此不再具体阐述。

具体地，广播信号以标签为球心，向x,y,z三维空间均匀传播。对于广播信号在室内因反射情况产生的噪声，蓝牙基站会收到具有相同标签的ID和同步单元ID，但是RSSI(接收信号强度)值不同的多个信号。基站的去噪方案是：保留RSSI值最大的信号，丢弃其他信号。

参考图6，通过平面阵列设置的蓝牙基站根据接收到的广播信号，运用多重信号分类算法(MUSIC)计算广播信号的到达角，参考图7，基于二位平面天线阵列的基站可以计算出信号的方位角和俯仰角。方位角和俯仰角这两个角度可确定一条以基站为起点的直线，带定位标签即在该条直线上。

基站在接收到广播信号时根据信号的RSSI(接收信号强度)值来优选选择距离标签近的基站进行方位角和俯仰角的计算。具体地，本实施例进一步采用如下两个方案中的任意一个方案：

方案一：蓝牙基站根据预设的RSSI阈值，对于小于RSSI阈值的信号，蓝牙基站自动丢弃。该方案能节省计算资源，但是需要根据实地场景设置好合适的阈值，保证至少有三个蓝牙基站参与计算每个定位信号的方位角和俯仰角。

方案二：蓝牙基站计算所有接收到的广播信号，计算方位角和俯仰角，把广播信号payload字段中的内容、两个角度值、信号的RSSI值传输给定位服务器。服务器根据RSSI值按从大到小排序，选取前30％的元素参与后续xyz坐标的计算，丢弃剩下的元素。

最后，定位服务器接收基站传输过来的筛选后的数据，根据每个基站各自在赛场模型坐标系中的坐标值以及标签的方位角和俯仰角，计算出标签在赛场模型中的xyz坐标值。定位服务器综合考虑两台及以上的基站输出的结果，利用加权平均等算法可得到更加准确的坐标值。

所述方法包含以下步骤，参考图10：

S1，以其中一个所述半圆式田径场的半圆部的圆心为原点，建立三维坐标系；具体为：参考图1，

S1.1，以两个所述半圆式田径场的半圆部的圆心的连线为X轴；例如以左侧半圆部的圆心为原点，以该圆心指向右侧半圆部的方向定义为X轴，且以同一水平面，垂直X轴的方向定义为Y轴；

S1.2，以垂直地面的方向为Z轴；

S1.3，建立三维直角坐标系；

S2，所述蓝牙基站以第一频率接收所述蓝牙定位标签的广播信号，所述定位服务器通过所述广播信号解析所述蓝牙定位标签的位置，所述位置包含脚部位置(X₀，Y₀，Z₀)和颈部位置(X₁，Y₁，Z₁)；

S3，当脚部位置与颈部位置与所述原点组成的平面与水平面垂直时，定义脚部位置与颈部位置的连线与地面的夹角为身体倾斜度，输出所述身体倾斜度。

进一步地，所述蓝牙基站通过获取所述蓝牙定位标签的广播信号并提取得到所述蓝牙定位标签的广播信号强度，通过AoA角度位置算法计算所述蓝牙定位标签的位置信息。

参考图8-9，本实施例中，通过脚部位置、颈部位置、以及三维坐标系的原点三个点连线形成面，由于人体跑步的过程中，脚部位置、颈部位置处于随时变化的姿态。例如脚部往前迈时，脚部在颈部的前侧，脚部蹬直时，脚部在颈部的后侧，本实施例通过捕捉脚部位置与颈部位置与所述原点组成的平面与水平面垂直，通过该时刻的脚部位置与颈部位置计算身体倾斜度，能够最有效最精确地从不断变化的姿态中计算出身体倾斜度。

进一步地，本实施例定义当时，判定脚部位置与颈部位置与所述原点组成的平面与水平面垂直。并且，本实施例中，将脚部位置与颈部位置与所述原点组成的平面与水平面垂直该条件通过平面几何关系转换为脚部和颈部之间的线条关系，该关系大大降低了计算量，只需获取当时刻即可得到身体倾斜度。

进一步地，步骤S3中，定义身体倾斜度为A，

实施例二

一种运动员身体倾斜度的计算系统，包含：

蓝牙AoA实时定位系统，所述蓝牙AoA实时定位系统包含两个蓝牙定位标签和若干蓝牙基站，所述蓝牙基站均包含蓝牙天线阵列，所述蓝牙基站设置于半圆式田径场的半圆部的四周，所述蓝牙定位标签分别设置于运动员的颈部以及脚部，所述蓝牙定位标签设置有相应的电源并且不断向外发射广播信号；以及

位置获取模块，用于获取两个所述蓝牙定位标签的位置；以及

计算模块，用于当脚部位置与颈部位置与所述原点组成的平面与水平面垂直时，定义脚部位置与颈部位置的连线与地面的夹角为身体倾斜度，输出所述身体倾斜度。

进一步地，所述位置包含脚部位置(X₀，Y₀，Z₀)和颈部位置(X₁，Y₁，Z₁)。

进一步地，定义为腿部倾斜度，定义为身体倾斜度，当时，判定脚部位置与颈部位置与所述原点组成的平面与水平面垂直。

进一步地，当运动员竖直站立时，颈部以及脚部的所述蓝牙定位标签处于同一竖直线。

本实施例的工作原理与上述类似，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属于本发明的涵盖范围。