多傳感器信息融合技術(shù)綜述

1.1多傳感器信息融合技術(shù)概述一般意義上的信息融合（也稱(chēng)為數(shù)據(jù)融合）是一種對(duì)信息多層次、多方面的處理過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合以獲得精確、完整、及時(shí)的目標(biāo)屬性及狀態(tài)。單個(gè)傳感器提供的信息量較少，信息類(lèi)別少，也有可能是不正確的。由此多傳感器信息融合技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，采用多傳感器信息融合技術(shù)來(lái)處理來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，對(duì)態(tài)勢(shì)做出正確的估計(jì)和判決是未來(lái)的趨勢(shì)。

1.2多傳感器信息融合技術(shù)的研究背景隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)突破了傳統(tǒng)模式，發(fā)展成為陸、海、空、天、信五位一體的戰(zhàn)爭(zhēng)。在現(xiàn)代戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)中，依靠單一傳感器提供的信息已無(wú)法滿足作戰(zhàn)需要，必須運(yùn)用包括雷達(dá)、紅外、激光、電子支援措施（EleetronicsuPportMeasures，EsM）等在內(nèi)的多種有源、無(wú)源傳感器來(lái)提供觀測(cè)信息。這就需要對(duì)多數(shù)據(jù)源獲取的信息進(jìn)行綜合處理，實(shí)時(shí)進(jìn)行目標(biāo)發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化綜合處理來(lái)獲取目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)、目標(biāo)屬性及目標(biāo)身份、態(tài)勢(shì)評(píng)估、威脅估計(jì)等作戰(zhàn)信息。多傳感器系統(tǒng)具有更強(qiáng)的生存能力，擴(kuò)展了空間覆蓋范圍，并能夠減少信息的模糊性而得到更精確的估計(jì)結(jié)果，這些優(yōu)點(diǎn)都使得多傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越重要。然而在多傳感器系統(tǒng)中，信息表現(xiàn)的多樣性，信息數(shù)量的巨大性，信息關(guān)系的復(fù)雜性，以及要求信息處理的實(shí)時(shí)性，都已大大超出了人腦的信息綜合處理能力。因此，從20世紀(jì)70年代起，一個(gè)新興的學(xué)科一多傳感器信息融合（MulTIsensor DataFusion，MsDr）便迅速地發(fā)展起來(lái)，并且迅速在現(xiàn)代e4I（eommand， eontroleommunieaTIons， eomputers， telligenee）系統(tǒng)中和各種武器平臺(tái)上以及許多民事領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。二十世紀(jì)八十年代，由美國(guó)國(guó)防部聯(lián)合指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)委員會(huì)和國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)贊助每年召開(kāi)的電子與信息專(zhuān)業(yè)會(huì)議，標(biāo)志著信息融合技術(shù)的興起。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是微電子技術(shù)、集成電路及其設(shè)計(jì)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、近代信號(hào)處理技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，信息融合己經(jīng)成為一個(gè)新的學(xué)科方向和研究領(lǐng)域，在各種不同電子系統(tǒng)中采用了大量不同類(lèi)型的傳感器。因此，一般也將信息融合稱(chēng)為多傳感器融合。在第二次世界大戰(zhàn)期間就已經(jīng)把信息融合技術(shù)應(yīng)用到了實(shí)際系統(tǒng)中，比如，通過(guò)在高炮火控雷達(dá)上加裝光學(xué)測(cè)距系統(tǒng)，重合利用雷達(dá)和光學(xué)傳感器給出的兩種信息，不僅大大提高了系統(tǒng)的測(cè)距精度，同時(shí)也大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力“從這種意義上說(shuō)，信息融合系統(tǒng)在二戰(zhàn)期間就達(dá)到了實(shí)用程度。近二十年來(lái)，隨著各種先進(jìn)武器系統(tǒng)的出現(xiàn)與發(fā)展，世界各國(guó)都在完善和發(fā)展自己的c4I系統(tǒng)，以完成指定的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)任務(wù)。C4I系統(tǒng)如何對(duì)各類(lèi)傳感器所收集的大量信息和情報(bào)進(jìn)行分析！處理！綜合，以便做出正確的決策，這就形成了信息處理的一個(gè)新的和重要的分支，即多傳感器信息融合。

1.3研究目的及意義

一般意義上的信息融合（也稱(chēng)為數(shù)據(jù)融合）是一種對(duì)信息多層次、多方面的處理過(guò)程，個(gè)過(guò)程是對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合以獲得精確、完整、及時(shí)的目標(biāo)屬性及狀態(tài)。Waltz和LinaS等給出了數(shù)據(jù)融合較完整的定義：一種多層次的！多方面的處理過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)、結(jié)合、相關(guān)、估計(jì)和組合以達(dá)到精確的狀態(tài)估計(jì)和身份估計(jì)，以及完整及時(shí)的態(tài)勢(shì)評(píng)估和威脅估計(jì)?，F(xiàn)在，信息融合比較確切的定義可概括為：利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)按時(shí)序獲得的若干傳感器的觀測(cè)信息，在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合以完成所需的決策和估計(jì)任務(wù)而進(jìn)行的信息處理過(guò)程。是通過(guò)一定的算法綜合處理來(lái)自多個(gè)傳感器的量測(cè)信息，產(chǎn)生更可靠、更準(zhǔn)確、更完整的信息，并根據(jù)這些信息做出判斷、估計(jì)和決策，其關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)各類(lèi)原始量測(cè)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)決策和數(shù)據(jù)融合等等。多傳感器信息融合系統(tǒng)有以下的優(yōu)點(diǎn)：

（1）任意一個(gè)傳感器所提供的信息是單方面的、不完整的，有可能是錯(cuò)誤的、不精確的，傳感器精度不相同，所提供信息類(lèi)別也不相同。通過(guò)對(duì)多個(gè)傳感器所提供的信息進(jìn)行綜合處理，將會(huì)比單個(gè)傳感器做出更可靠的判斷和決策，并且大大提高制導(dǎo)系統(tǒng)的精度。

（2）不同傳感器所提供的信息特征是不同的，多傳感器信息融合系統(tǒng)能夠獲得單個(gè)傳感器不能獲得的大量特征信息，使系統(tǒng)抗干擾能力大大加強(qiáng)。

1.4國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀信息融合作為一門(mén)跨學(xué)科的綜合信息處理理論，在軍事領(lǐng)域！地質(zhì)學(xué)科領(lǐng)域！機(jī)器人技術(shù)及智能控制領(lǐng)域！工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景，信息融合技術(shù)主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域上，目前，國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r如下：

（1）信息融合技術(shù)在故障診斷領(lǐng)域中的應(yīng)用基于信息融合的故障診斷方法，是通過(guò)對(duì)多傳感器獲取設(shè)備狀態(tài)的特征信號(hào)，并進(jìn)行多層關(guān)聯(lián)組合！數(shù)據(jù)選擇，從而獲得對(duì)診斷對(duì)象故障信息更為可靠的認(rèn)識(shí)和對(duì)潛在故障發(fā)展趨勢(shì)的態(tài)勢(shì)評(píng)估。

（2）信息融合技術(shù)在圖像處理方面的應(yīng)用主要是遙感圖像技術(shù)，遙感圖像的信息融合能使各種空間、波譜和時(shí)間分辨率的圖像納入統(tǒng)一的時(shí)空內(nèi)，融合構(gòu)成一種新的圖像，增加信息量，實(shí)現(xiàn)多種信息的互補(bǔ)，改善了圖像的質(zhì)量和有效性。

（3）信息融合技術(shù)在現(xiàn)代防火系統(tǒng)中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，利用各種先進(jìn)的傳感器進(jìn)行火情檢測(cè)，如溫度傳感器！地表濕度傳感器！煙霧傳感器及紅外傳感器等“例如，利用溫度傳感器及地表濕度傳感器用于測(cè)量氣溫和地表濕度，并以此來(lái)判斷天氣及地表對(duì)火情的影響。煙霧傳感器、紅外傳感器監(jiān)測(cè)火點(diǎn)的產(chǎn)生及火情的發(fā)展。這是一個(gè)典型的異類(lèi)傳感器融合系統(tǒng)，應(yīng)用該類(lèi)技術(shù)可以大幅度地提高火警檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

（4）信息融合技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日漸活躍，主要包括疾病診斷及人體結(jié)構(gòu)的研究。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用信息融合技術(shù)的前提條件是目前醫(yī)學(xué)可視化及圖像提取設(shè)備的發(fā)展，通過(guò)X光片圖像及超聲波圖像融合能夠更容易發(fā)現(xiàn)癌變組織，還能更清晰的對(duì)不同組織進(jìn)行分類(lèi)。通過(guò)融合血管造影術(shù)及超聲波圖像，可以重建血管的3D圖像。信息融合技術(shù)還應(yīng)用于研究腦組織的結(jié)構(gòu)及睡眠狀態(tài)的識(shí)別等。

（5）軍事防御系統(tǒng)是一個(gè)非常典型的信息融合系統(tǒng)，例如，發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、跟蹤敵機(jī)，軍事上廣泛使用雷達(dá)、紅外探測(cè)儀、聲納及其它傳感器，不同信息都被傳輸?shù)饺诤现行倪M(jìn)行處理。軍事上的另一個(gè)應(yīng)用是戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)督，例如，態(tài)勢(shì)估計(jì)和威脅估計(jì)。這些都是基于敵方和作戰(zhàn)地區(qū)的先驗(yàn)知識(shí)，但這些知識(shí)往往是不確定和模糊的，也需要在一定程度上進(jìn)行融合分析。目前國(guó)外的主要軍事大國(guó)都投入大量的人力、物力和財(cái)力到信息融合方面的研究中，美、英、法、意、日等國(guó)已經(jīng)有上百個(gè)軍用融合系統(tǒng)，如美國(guó)的ASAS（全源信息分析）系統(tǒng)、LENSCE（戰(zhàn)術(shù)陸軍和空軍指揮員自動(dòng)情報(bào)保障）系統(tǒng)，英國(guó)的AIDD （炮兵智能信息融合）系統(tǒng)、DDF（分布式數(shù)據(jù)融合）系統(tǒng)，加拿大的AAWMSDF（海軍防空多傳感器融合）系統(tǒng)等。美國(guó)多年來(lái)把信息融合技術(shù)列為國(guó)防重點(diǎn)研究項(xiàng)目，目前美國(guó)的信息融合系統(tǒng)正不斷向功能綜合化、網(wǎng)絡(luò)化、三軍集成化發(fā)展，美國(guó)國(guó)防部52010年聯(lián)合設(shè)想6中提出了建立聯(lián)合戰(zhàn)場(chǎng)信息球或C4isR（指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)、情報(bào)、監(jiān)視與偵查系統(tǒng)）全球信息柵格網(wǎng)的設(shè)想，實(shí)現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)為中心的聯(lián)合作戰(zhàn)，從而達(dá)到信息的優(yōu)勢(shì)和決策的優(yōu)勢(shì)。在北約空襲南聯(lián)盟的軍事行動(dòng)中，首次使用了帶有先進(jìn)數(shù)據(jù)融合與處理能力的初期聯(lián)合空戰(zhàn)中心能力系統(tǒng)和海上指揮控制信息系統(tǒng)“初期聯(lián)合空戰(zhàn)中心能力系統(tǒng)可將空中預(yù)警機(jī)等空中平臺(tái)和法國(guó)、意大利等國(guó)地面雷達(dá)收集的數(shù)據(jù)，組合成覆蓋面廣闊的空中態(tài)勢(shì)圖，為北約各級(jí)參戰(zhàn)指揮官提供大量實(shí)時(shí)情報(bào);海上指揮控制信息系統(tǒng)能把海上、陸上和空中圖像融合起來(lái)，顯示整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)空間的通用作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)信息融合技術(shù)的研究雖然已經(jīng)取得了一定的成果，但還存在一些難題沒(méi)有完全解決”如傳感器模型！融合過(guò)程的推理及有關(guān)算法的研究等等。所以，信息融合是一項(xiàng)正在發(fā)展的高新技術(shù)。