多傳感器信息融合技術綜述

1.1多傳感器信息融合技術概述一般意義上的信息融合（也稱為數據融合）是一種對信息多層次、多方面的處理過程，這個過程是對多源數據進行融合以獲得精確、完整、及時的目標屬性及狀態(tài)。單個傳感器提供的信息量較少，信息類別少，也有可能是不正確的。由此多傳感器信息融合技術應運而生，采用多傳感器信息融合技術來處理來自多個傳感器的數據，對態(tài)勢做出正確的估計和判決是未來的趨勢。

1.2多傳感器信息融合技術的研究背景隨著現代科學技術在軍事領域的廣泛應用，現代戰(zhàn)爭已經突破了傳統(tǒng)模式，發(fā)展成為陸、海、空、天、信五位一體的戰(zhàn)爭。在現代戰(zhàn)術系統(tǒng)中，依靠單一傳感器提供的信息已無法滿足作戰(zhàn)需要，必須運用包括雷達、紅外、激光、電子支援措施（EleetronicsuPportMeasures，EsM）等在內的多種有源、無源傳感器來提供觀測信息。這就需要對多數據源獲取的信息進行綜合處理，實時進行目標發(fā)現和優(yōu)化綜合處理來獲取目標狀態(tài)估計、目標屬性及目標身份、態(tài)勢評估、威脅估計等作戰(zhàn)信息。多傳感器系統(tǒng)具有更強的生存能力，擴展了空間覆蓋范圍，并能夠減少信息的模糊性而得到更精確的估計結果，這些優(yōu)點都使得多傳感器系統(tǒng)的應用越來越重要。然而在多傳感器系統(tǒng)中，信息表現的多樣性，信息數量的巨大性，信息關系的復雜性，以及要求信息處理的實時性，都已大大超出了人腦的信息綜合處理能力。因此，從20世紀70年代起，一個新興的學科一多傳感器信息融合（MulTIsensor DataFusion，MsDr）便迅速地發(fā)展起來，并且迅速在現代e4I（eommand， eontroleommunieaTIons， eomputers， telligenee）系統(tǒng)中和各種武器平臺上以及許多民事領域得到了廣泛地應用。二十世紀八十年代，由美國國防部聯合指導實驗室技術委員會和國際光學工程學會贊助每年召開的電子與信息專業(yè)會議，標志著信息融合技術的興起。隨著科學技術的發(fā)展，特別是微電子技術、集成電路及其設計技術、計算機技術、近代信號處理技術和傳感器技術的發(fā)展，信息融合己經成為一個新的學科方向和研究領域，在各種不同電子系統(tǒng)中采用了大量不同類型的傳感器。因此，一般也將信息融合稱為多傳感器融合。在第二次世界大戰(zhàn)期間就已經把信息融合技術應用到了實際系統(tǒng)中，比如，通過在高炮火控雷達上加裝光學測距系統(tǒng)，重合利用雷達和光學傳感器給出的兩種信息，不僅大大提高了系統(tǒng)的測距精度，同時也大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力“從這種意義上說，信息融合系統(tǒng)在二戰(zhàn)期間就達到了實用程度。近二十年來，隨著各種先進武器系統(tǒng)的出現與發(fā)展，世界各國都在完善和發(fā)展自己的c4I系統(tǒng)，以完成指定的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術任務。C4I系統(tǒng)如何對各類傳感器所收集的大量信息和情報進行分析！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（也稱為數據融合）是一種對信息多層次、多方面的處理過程，個過程是對多源數據進行融合以獲得精確、完整、及時的目標屬性及狀態(tài)。Waltz和LinaS等給出了數據融合較完整的定義：一種多層次的！多方面的處理過程，這個過程是對多源數據進行檢測、結合、相關、估計和組合以達到精確的狀態(tài)估計和身份估計，以及完整及時的態(tài)勢評估和威脅估計?，F在，信息融合比較確切的定義可概括為：利用計算機技術對按時序獲得的若干傳感器的觀測信息，在一定準則下加以自動分析、綜合以完成所需的決策和估計任務而進行的信息處理過程。是通過一定的算法綜合處理來自多個傳感器的量測信息，產生更可靠、更準確、更完整的信息，并根據這些信息做出判斷、估計和決策，其關鍵技術是對各類原始量測信息進行數據預處理、數據關聯、數據決策和數據融合等等。多傳感器信息融合系統(tǒng)有以下的優(yōu)點：

（1）任意一個傳感器所提供的信息是單方面的、不完整的，有可能是錯誤的、不精確的，傳感器精度不相同，所提供信息類別也不相同。通過對多個傳感器所提供的信息進行綜合處理，將會比單個傳感器做出更可靠的判斷和決策，并且大大提高制導系統(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。

1.4國內外研究現狀信息融合作為一門跨學科的綜合信息處理理論，在軍事領域！地質學科領域！機器人技術及智能控制領域！工業(yè)控制領域有著廣闊的發(fā)展前景，信息融合技術主要應用在軍事領域上，目前，國內外的發(fā)展狀況如下：

（1）信息融合技術在故障診斷領域中的應用基于信息融合的故障診斷方法，是通過對多傳感器獲取設備狀態(tài)的特征信號，并進行多層關聯組合！數據選擇，從而獲得對診斷對象故障信息更為可靠的認識和對潛在故障發(fā)展趨勢的態(tài)勢評估。

（2）信息融合技術在圖像處理方面的應用主要是遙感圖像技術，遙感圖像的信息融合能使各種空間、波譜和時間分辨率的圖像納入統(tǒng)一的時空內，融合構成一種新的圖像，增加信息量，實現多種信息的互補，改善了圖像的質量和有效性。

（3）信息融合技術在現代防火系統(tǒng)中的應用相當廣泛，利用各種先進的傳感器進行火情檢測，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量氣溫和地表濕度，并以此來判斷天氣及地表對火情的影響。煙霧傳感器、紅外傳感器監(jiān)測火點的產生及火情的發(fā)展。這是一個典型的異類傳感器融合系統(tǒng)，應用該類技術可以大幅度地提高火警檢測的準確性。

（4）信息融合技術在醫(yī)學領域的應用日漸活躍，主要包括疾病診斷及人體結構的研究。在醫(yī)學領域應用信息融合技術的前提條件是目前醫(yī)學可視化及圖像提取設備的發(fā)展，通過X光片圖像及超聲波圖像融合能夠更容易發(fā)現癌變組織，還能更清晰的對不同組織進行分類。通過融合血管造影術及超聲波圖像，可以重建血管的3D圖像。信息融合技術還應用于研究腦組織的結構及睡眠狀態(tài)的識別等。

（5）軍事防御系統(tǒng)是一個非常典型的信息融合系統(tǒng)，例如，發(fā)現、識別、跟蹤敵機，軍事上廣泛使用雷達、紅外探測儀、聲納及其它傳感器，不同信息都被傳輸到融合中心進行處理。軍事上的另一個應用是戰(zhàn)場監(jiān)督，例如，態(tài)勢估計和威脅估計。這些都是基于敵方和作戰(zhàn)地區(qū)的先驗知識，但這些知識往往是不確定和模糊的，也需要在一定程度上進行融合分析。目前國外的主要軍事大國都投入大量的人力、物力和財力到信息融合方面的研究中，美、英、法、意、日等國已經有上百個軍用融合系統(tǒng)，如美國的ASAS（全源信息分析）系統(tǒng)、LENSCE（戰(zhàn)術陸軍和空軍指揮員自動情報保障）系統(tǒng)，英國的AIDD （炮兵智能信息融合）系統(tǒng)、DDF（分布式數據融合）系統(tǒng)，加拿大的AAWMSDF（海軍防空多傳感器融合）系統(tǒng)等。美國多年來把信息融合技術列為國防重點研究項目，目前美國的信息融合系統(tǒng)正不斷向功能綜合化、網絡化、三軍集成化發(fā)展，美國國防部52010年聯合設想6中提出了建立聯合戰(zhàn)場信息球或C4isR（指揮、控制、通信、計算機、情報、監(jiān)視與偵查系統(tǒng)）全球信息柵格網的設想，實現以網絡為中心的聯合作戰(zhàn)，從而達到信息的優(yōu)勢和決策的優(yōu)勢。在北約空襲南聯盟的軍事行動中，首次使用了帶有先進數據融合與處理能力的初期聯合空戰(zhàn)中心能力系統(tǒng)和海上指揮控制信息系統(tǒng)“初期聯合空戰(zhàn)中心能力系統(tǒng)可將空中預警機等空中平臺和法國、意大利等國地面雷達收集的數據，組合成覆蓋面廣闊的空中態(tài)勢圖，為北約各級參戰(zhàn)指揮官提供大量實時情報;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，顯示整個戰(zhàn)場空間的通用作戰(zhàn)態(tài)勢圖。目前，國內外對信息融合技術的研究雖然已經取得了一定的成果，但還存在一些難題沒有完全解決”如傳感器模型！融合過程的推理及有關算法的研究等等。所以，信息融合是一項正在發(fā)展的高新技術。