多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)綜述

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1、多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)綜述一、多傳感器數(shù)據(jù)融合的定義數(shù)據(jù)融合技術(shù)（MultipleSensorInformationFusion，MSIF）又稱信息融合技術(shù)，它的研究起源于軍事指揮智能通訊系統(tǒng)，即C3I（Command，Control，CommunicationandIntelligence）系統(tǒng)建設(shè)的需求，早期研究也多來(lái)自于軍事方面的應(yīng)用。而隨著工業(yè)系統(tǒng)的復(fù)雜化和智能化，該技術(shù)已被推廣到民用領(lǐng)域，如醫(yī)療診斷、機(jī)械故障診斷、空中交通管制、遙感、智能制造、智能交通、工業(yè)智能控制及刑偵等等。作為前沿領(lǐng)域技術(shù)，無(wú)論是軍用系統(tǒng)

2、還是民用系統(tǒng)，都趨向于采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行信息綜合處理。在知識(shí)爆炸的信息時(shí)代，數(shù)據(jù)融合技術(shù)就顯得尤其重要，它能避免數(shù)據(jù)富有但信息貧乏的情況發(fā)生。數(shù)據(jù)融合是關(guān)于協(xié)同利用多傳感器信息，進(jìn)行多級(jí)別、多方面、多層次信息檢測(cè)、相關(guān)、估計(jì)和綜合以獲得目標(biāo)的狀態(tài)和特征估計(jì)以及態(tài)勢(shì)和威脅評(píng)估的一種多級(jí)信息自動(dòng)處理過(guò)程。它將不同來(lái)源、不同模式、不同時(shí)間、不同地點(diǎn)、不同表現(xiàn)形式的信息進(jìn)行融合，最后得出被感知對(duì)象的精確描述。數(shù)據(jù)融合其實(shí)也就是對(duì)數(shù)據(jù)的提取和處理，得出最終的有效信息。多傳感器數(shù)據(jù)融合也就是用各種不同的傳感器觀測(cè)信息，然后將

3、不同來(lái)源、不同形式、不同時(shí)間、不同地點(diǎn)的信息通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)按時(shí)間順序獲得的若干傳感器的觀測(cè)信息，用某種方法自動(dòng)分析、綜合，得到更加有效的信息。二、國(guó)內(nèi)外研究概況美國(guó)國(guó)防部JDL（JointDirectorsofLaboratories）從軍事應(yīng)用的角度將數(shù)據(jù)融合定義為一種多層次、多方面的處理過(guò)程，即把來(lái)此許多傳感器和信息源的數(shù)據(jù)和信息加以聯(lián)合（Association）、相關(guān)（Correlation）和組合（Combination），以獲得精確的位置估計(jì)（PositionEstimation）和身份估計(jì)（Ident

4、ityEstimation），以及對(duì)戰(zhàn)情況和威脅及其重要程度進(jìn)行了適時(shí)的完整評(píng)價(jià)。數(shù)據(jù)融合近三十年來(lái)取得了迅速發(fā)展，如今美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、加拿大、俄羅斯、日本、印度等國(guó)都有學(xué)者和技術(shù)人員在開展數(shù)據(jù)融合技術(shù)的研究，這一領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容和成果已大量出現(xiàn)在各種學(xué)術(shù)會(huì)議和公開的學(xué)術(shù)期刊上，例如美國(guó)三軍數(shù)據(jù)融合年會(huì)、SPIE國(guó)際年會(huì)、IEEETransonAES，IEEETransonIT，IEEETransonAC，IEEETransonSMC，IEEETransonIP，以及IEEE其他相關(guān)的會(huì)議和期刊中。當(dāng)前，美國(guó)等

5、軍事強(qiáng)國(guó)的各類作戰(zhàn)指揮自動(dòng)化系統(tǒng)（C3I，C4ISRT）和戰(zhàn)爭(zhēng)情報(bào)收集系統(tǒng)中都有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)融合功能。此外，美國(guó)三軍、某些大公司、大學(xué)均建立了專門的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以開發(fā)、評(píng)估各種數(shù)據(jù)融合算法系統(tǒng)。為了進(jìn)行廣泛的國(guó)際交流，1998年美國(guó)成立了國(guó)際數(shù)據(jù)融合年會(huì)（InternationalSocietyofInformationFusion，簡(jiǎn)稱ISIF），每年舉行一次數(shù)據(jù)融合國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議。從已發(fā)表的公開文獻(xiàn)來(lái)看，我國(guó)1998年開始有關(guān)數(shù)據(jù)融合的文獻(xiàn)才陸續(xù)多起來(lái)。隨著國(guó)外數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究的發(fā)展和計(jì)算機(jī)存貯能力的大幅度提高，近幾年

6、我國(guó)對(duì)數(shù)據(jù)融合方面的研究日益重視。已有一批高等院校和研究所展開了研究，比如四川大學(xué)研制的多航管雷達(dá)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，該系統(tǒng)性能達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，且已經(jīng)實(shí)地運(yùn)行于廣州白云、深圳、成都雙流等多家航空港。中科院遙感所開發(fā)的圖像數(shù)據(jù)融合軟件，已成功地應(yīng)用在衛(wèi)星地面站的圖像分類與識(shí)別中。由于大批院校和研究所的技術(shù)投入，國(guó)內(nèi)有關(guān)數(shù)據(jù)融合的研究取得了許多成果并已投入到應(yīng)用當(dāng)中，出現(xiàn)了許多熱門研究方向，如多目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)、有初步綜合能力的多傳感器數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)等。目前新一代艦載、機(jī)載、彈載和各種C3I系統(tǒng)正在向多傳感器數(shù)據(jù)融合方向發(fā)展，并

7、將會(huì)有更多的多傳感器數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)投入到軍事民用的各個(gè)方面中去。三、多傳感器數(shù)據(jù)融合的基本原理多傳感器數(shù)據(jù)融合的基本原理就像人腦綜合處理信息的過(guò)程一樣，它充分利用多個(gè)傳感器資源，通過(guò)對(duì)這些傳感器及其觀測(cè)信息的合理支配和使用，把多個(gè)傳感器在時(shí)間和空間上的冗余或者互補(bǔ)信息依據(jù)某種準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行組合，以獲得被測(cè)對(duì)象的一致性解釋或描述，使該信息系統(tǒng)由此而獲得比它的各組成部分的子集所構(gòu)成的系統(tǒng)更優(yōu)越的性能。傳感器之間的冗余數(shù)據(jù)增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，傳感器之間的互補(bǔ)數(shù)據(jù)擴(kuò)展了單個(gè)的性能。多傳感器數(shù)據(jù)融合與經(jīng)典信號(hào)處理方法之間存在本質(zhì)的區(qū)

8、別，其關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)融合所處理的多傳感器信息具有更為復(fù)雜的形式，而且可以在不同的信息層次上出現(xiàn)。四、數(shù)據(jù)融合的過(guò)程多傳感器數(shù)據(jù)融合的過(guò)程主要包括多傳感器、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)融合中心和結(jié)果輸出等環(huán)節(jié)，其過(guò)程如圖1所示。圖1多傳感器數(shù)據(jù)融合過(guò)程由于被測(cè)對(duì)象多半為具有不同特征的非電量，如壓力、溫度、色彩和灰度等，因此首先要將它們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)A/