多傳感器融合系統(tǒng)特點及體系結構

所謂多傳感器信息融合(Multi-sensor Information Fusion,MSIF)，就是利用計算機技術將來自多傳感器或多源的信息和數(shù)據(jù)，在一定的準則下加以自動分析和綜合，以完成所需要的決策和估計而進行的信息處理過程。

多傳感器信息融合是用于包含處于不同位置的多個或者多種傳感器的信息處理技術。隨著傳感器應用技術、數(shù)據(jù)處理技術、計算機軟硬件技術和工業(yè)化控制技術的發(fā)展成熟，多傳感器信息融合技術已形成一門熱門新興學科和技術。

多傳感器信息融合技術的基本原理就像人的大腦綜合處理信息的過程一樣，將各種傳感器進行多層次、多空間的信息互補和優(yōu)化組合處理，最終產(chǎn)生對觀測環(huán)境的一致性解釋。在這個過程中要充分地利用多源數(shù)據(jù)進行合理支配與使用，而信息融合的最終目標則是基于各傳感器獲得的分離觀測信息，通過對信息多級別、多方面組合導出更多有用信息。這不僅是利用了多個傳感器相互協(xié)同操作的優(yōu)勢，而且也綜合處理了其它信息源的數(shù)據(jù)來提高整個傳感器系統(tǒng)的智能化。多傳感器融合系統(tǒng)具有四個顯著的特點：

1、信息的冗余性：對于環(huán)境的某個特征，可以通過多個傳感器(或者單個傳感器的多個不同時刻)得到它的多份信息，這些信息是冗余的，并且具有不同的可靠性，通過融合處理，可以從中提取出更加準確和可靠的信息。此外，信息的冗余性可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而能夠避免因單個傳感器失效而對整個系統(tǒng)所造成的影響。

2、信息的互補性：不同種類的傳感器可以為系統(tǒng)提供不同性質的信息，這些信息所描述的對象是不同的環(huán)境特征，它們彼此之間具有互補性。如果定義一個由所有特征構成的坐標空間，那么每個傳感器所提供的信息只屬于整個空間的一個子空間，和其他傳感器形成的空間相互獨立。

3、信息處理的及時性：各傳感器的處理過程相互獨立，整個處理過程可以采用并行導熱處理機制，從而使系統(tǒng)具有更快的處理速度，提供更加及時的處理結果。

4、信息處理的低成本性：多個傳感器可以花費更少的代價來得到相當于單傳感器所能得到的信息量。另一方面，如果不將單個傳感器所提供的信息用來實現(xiàn)其他功能，單個傳感器的成本和多傳感器的成本之和是相當?shù)摹?/p>

信息融合作為對多傳感器信息的綜合處理過程，具有本質的復雜性。在信息融合處理過程中，根據(jù)對原始數(shù)據(jù)處理方法的不同，信息融合系統(tǒng)的體系結構主要有三種：集中式、分布式和混合式。

1、集中式：集中式將各傳感器獲得的原始數(shù)據(jù)直接送至中央處理器進行融合處理，可以實現(xiàn)實時融合，其數(shù)據(jù)處理的精度高，算法靈活，缺點是對處理器要求高，可靠性較低，數(shù)據(jù)量大，故難于實現(xiàn)。

2、分布式：每個傳感器對獲得的原始數(shù)據(jù)先進行局部處理，包括對原始數(shù)據(jù)的預處理、分類及提取特征信息，并通過各自的決策準則分別作出決策，然后將結果送入融合中心進行融合以獲得最終的決策。分布式對通信帶寬需求低、計算速度快、可靠性和延續(xù)性好，但跟蹤精度沒有集中式高。

3、混合式：大多情況是把上述二者進行不同的組合，形成一種混合式結構。它保留了上述兩類系統(tǒng)的優(yōu)點，但在通信和計算上要付出較昂貴的代價。但是，此類系統(tǒng)也有上述兩類系統(tǒng)難以比擬的優(yōu)勢，在實際場合往往采用此類結構。