爆熱的世界杯正在如火如荼進行，各種爆冷充滿了話題。外行看門道，內(nèi)行看熱鬧，作為工程師的我們，足球的門道各自修為不同，但“職業(yè)病”深重的不少小伙伴在看球中也看到了另外的門道：各種技術(shù)指標背后的科技秘密——C羅那被稱作“不是人”的極限速度（9.43m/s）是怎么測試出來的？這么高的精度如何達到的？可以針對任何一個球員的全場跑動距離數(shù)據(jù)是如何測到的？……

這背后的科技秘密可真不是一般人能解的，但真有“不一般”的人想辦法為大家揭秘——高性能模擬技術(shù)領(lǐng)頭羊ADI的設(shè)計工程師Tom Westenburg，也是美國奧運會體育科學部門的首席工程師，嘗試借助ADI對精密測量獨到的技術(shù)和自己作為運動測量領(lǐng)域的專業(yè)人士，做出一些案例的科學分析。

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解決測試缺陷，光源很關(guān)鍵

在四個多月前在韓國平昌奧運會上，德國和加拿大的雙人雪橇隊以完全相同的速度到達終點而雙雙獲得金牌，這是非常不可思議的一件事。因為一般來說，這樣的運動項目其勝負之差只有1/100s，怎會出現(xiàn)雙金牌的情況呢？由此可見，即使是這樣世界級的奧運賽事，其精密測量技術(shù)仍然至關(guān)重要。

“有舵雪橇和無舵雪橇軌道在起點和終點使用光學傳感器實現(xiàn)位置測量，它們使用調(diào)制光源，因此不會受到周圍照明變化的影響，例如當云朵遮住太陽時。”Tom從專業(yè)角度去分析。

但在這個精密測量技術(shù)中，光源需要找到一個特定的調(diào)制速率，比如100Hz。而當運動員中斷這一光束時，光源處于閃光周期的位置會很重要，起點和終點將可能因此而產(chǎn)生10ms的隨機錯誤?？蛇@對于一名不受“上天眷顧”的運動員來說，10ms的錯誤極可能對其不利。無舵雪橇的這種運動成績其精確度是毫秒級的，所以為了更加公平地評判每位運動員的實力水平，測量精度必須比這還要高很多才行。

面對這樣的問題缺陷，Tom認為應(yīng)該盡可能地提高調(diào)制率，并且還為此親自進行了一些實驗測試。Tom表示調(diào)制速率為20kHz時看起來還不錯，不過在軌道上的誤觸發(fā)太多；而在9.4kHz時，它的整體性能達到了最佳。測試結(jié)果雖然不盡理想，但至少確定了方向。Tom還提到，“當光束被中斷時，通常須丟失三個脈沖，才會將其算作一次有效中斷。隨機部分是當運動員進入脈搏周期的時候。第二個和第三個脈沖增加一個很小延遲，這在起點和終點是相等的，所以不會影響精度。”

nistNIST時間和頻率標準的不確定性

毫秒必究，計時系統(tǒng)很敏感

在有了可以接受的定時光源后，還要確保其端到端的精度。Tom在與NIST的時間頻率專家聯(lián)系后，構(gòu)建了一個具有超高速鈹快門（用于手術(shù)應(yīng)用中發(fā)射激光脈沖）的系統(tǒng)。在起點和終點都設(shè)置一組帶衛(wèi)星接收器的快門，用來設(shè)置這些快門以100ns的分辨率中斷定時光束。（包括快讓在內(nèi)的50-100us）。由此可見，衛(wèi)星裝置參與這樣的測試項目是非常高效的。

新方案將計時系統(tǒng)在進行了重配置后，在無舵雪橇滑道上確實取得了良好的應(yīng)用效果。過去許多舊軌道使用的是反光定時光源，發(fā)射器和接收器位于軌道同一側(cè)，而反射器在另一側(cè)。計時器運作理論：來自發(fā)射器的光線會反射回接收器，而一旦無舵雪橇運動員的腳穿過并中斷了光束，那么計時器就開始啟動。

然而有趣的是，有一部分運動員卻穿著高反光材料服裝和啞光黑色頭盔。這樣一來，運動員的服裝就會將光束反射回接收器，只有直到運動員的頭部完全穿過去，這時傳感器才會記錄光束的中斷。因此運動員將會搶占了一個來自身體的先機，而這個中間時間將會超過200ms。在勝敗的關(guān)鍵時刻，這極短的一瞬間也將會是一個巨大的優(yōu)勢。然而這也需要運動員完全平躺在雪橇上才能使頭盔觸發(fā)光源，但他們也并不總是這樣做。

在奧運會這樣的比賽中，運動員的興奮度會讓雪橇推動的時間比預(yù)期稍長一點。如果四人雪橇隊的前三位運動員都這樣做，使其載入時間延遲，就可能導(dǎo)致制動員不得不跑遠一點，甚至超出其對雪撬施加推進力的地方。然后他們又不得不把自己再次拉進雪橇中。而所有的這些行為都極可能導(dǎo)致裝載不佳，從而拖慢雪撬進入第一個定時光源的時間。

而我們的新方案計時系統(tǒng)可以準確計算出他們在賽道上的位置以及裝載的時間，它還能將雪橇數(shù)據(jù)混合到運動員實況視頻中，傳輸?shù)浇叹毜墓P記本電腦。上面還將顯示一個力曲線圖，并計算其他指示推力和裝載質(zhì)量的參數(shù)，團隊也可以知道他們推動和裝載的好壞。這樣的實時反饋能夠幫助運動員在記憶猶新的時候通過糾正來找到最佳點，從而為賽事取得勝利增加分量。

科技助力，運動更精彩

據(jù)媒體盤點，在本屆俄羅斯世界杯充滿了很多科技看點，包括：部署了目前歐洲最大規(guī)模的Massive MIMO部署；首次采用了高速率、低時延的VAR，即視頻助理裁判系統(tǒng)；采用了電子追蹤系統(tǒng)，其通過球場內(nèi)的追蹤攝像機、通過球員球衣上的帶有GPS的MEMS記錄心率等收集數(shù)據(jù)……試想，如果我們的速度測量、定時系統(tǒng)……都還停留在上個世紀早期階段，今天的世界杯、奧運會……很多運動會缺少很多看點，科技讓運動更精彩。