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西北工业大学硕士学位论文第一章信息融合技术综述
第一章信息融合技术综述
信息融合技术综述
信息融合的目的和意义
随着科学技术的发展,传感器性能获得了很大的提高,各种面向复杂应用背
景的军用或民用多传感器信息系统也随之大量涌现。特别是进入世纪年代
以后,现代战争的范围已扩大到海、陆、空、天、电磁五维空间中。为了获得最
佳的作战效果,依靠单传感器提供的信息已无法满足作战的需要,必须运用多传
感器提供观测数据,实时进行目标发现,优化综合处理,来获取状态估计、目标
属性、行为意图、态势评估、威胁分析和辅助决策等作战信息。在多传感器系统
中,信息表现形式的多样性、信息数量的巨大性、信息关系的复杂性以及信息的
处理速度等要求,都已大大超出了人脑的信息综合能力。为此,多传感器信息融
合技术便应运而生。
多传感器数据融合是指对来自多个传感器的数据进行多级别、多方面、多层
次的处理,从而产生新的有意义的信息,而这种新信息是任何单一传感器所无法
获得的。在军事领域,数据融合主要包括多传感器的检测判决融合、多传感器位
置估计、多传感器目标识别的属性融合、监视跟踪环境的态势描述和威胁估计、
以及传感器管理和数据库等。它是一个在多个级别上对各传感器的观测数据进行
综合处理的过程,每个处理级别都反映了对原始数据不同程度的抽象。它包括从
检测到威胁判断的完整过程,其结果表现为在较低级别上对状态和属性的估计和
在较高层次上对整体态势威胁的评定。信息融合可以大大的减轻指挥人员的工作
量、扩大作战系统的时空覆盖范围、增加置信度、减少模糊性、改善探测、提高
分辨力、改善系统的可靠性、增加信息维数、增大电磁谱的覆盖范围、可在“全
景”电磁环境中执行有源和无源探测任务。除军事应用外多传感器信息融合在工
业、交通和金融等领域也有着十分广泛的应用前景。
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西北业大学硕学位论文第一章信息融合技术综述
综上所述,信息融合就是将来自多个传感器的或多源的信息进行综合处理,
从而得出关于环境的更为准确、可靠的结论。
多传感器信息融合在解决探测、跟踪和目标识别等问题上,具有许多险能裨
增加了系统的生存能力。当有若千传感器不能工作或受到干扰,或
某个目标不在覆盖范围时,总还会有一部分传感器可以提供信息,
使系统能够保持运行。
扩展了空间覆盖范围。通过多个交叠的传感器作用区域,扩大了空
间覆盖范围,一些传感器可以探测其它传感器无法探测的地方,进
而增加了系统的监视能力和探测概率。
扩展了时间覆盖范围。当某些传感器不能探测时,另一些传感器可
以探测、测量目标或事件,即多个传感器的协同作用可提高系统的
时间监视范围和探测概率。
增加了可信度。显然一部传感器确认同一目标的可信度低于多部传
感器。
减少了信息的模糊性。多传感器联合信息降低了目标或事件的不确
定性。
改善了探测性能。对目标多种测量的融合,提高了探测的有效性。
提高空间分辨力。多传感器孔径可以获得比任何单一传感器更高的
分辨力,并用改善的目标位置数据支持防御反映能力和攻击方向的
选择。
改善了系统的可靠性。多传感器相互配合使用具有内在的冗余度。
增加了测量空间的维数。使用不同的传感器来测量电磁频谱的各个
频段的系统,不易受到敌方行动或自然现象的破坏。
与单传感器系统相比,多传感器的复杂性大大增加,由此会产生一些不利因
素,如成本提高了,设备的尺寸、重量、功耗等物理因素增大了,以及因辐射增
多而使系统被敌方探测的概率增大了。在执行每项具体任务时,必须将多传感器
的性能裨益与由此带来的不利因素进行权衡。
西北不业大学硕走学位论文章信息融合技术述
信息融合的基本原理
多传感器信息融合是人类和其它生物系统中普遍存在的一种基本功能。人类
本能地具有将身体上的各种功能器官眼、耳、鼻、四肢所探测的信息景物、
声音、气味和触觉与先验知识进行综合的能力,以便对他周围的环境和正在发
生的事件作出估计。由于人类的感官具有不同度量特征,因而可测出不同空间范
围内发生的各种物理现象。这一处理过程是复杂的,也是自适应的,它将各种信
息图象、声音、气味和物理形状或描述转化为对环境的有价值的解释。
多传感器信息的融合的基本原理就像人脑综合处理信息的过程一样,它充分
地利用多个传感器资源,通过对各种传感器及其观测信息的合理支配与使用,将
各种传感器在空间和时间上的互补与冗余信息依据某种优化准则组合起来,产生
对观测环境的一致性解释和描述。信息融合的目标是基于各传感器分离观测信
息,通过信息的优化组合导出更多的有效信息。这是最佳协同作用的结果,它