第二章 信息融合系統(tǒng)的模型和結(jié)構(gòu)

1、2引言引言o 對(duì)于目標(biāo)測(cè)量識(shí)別，單傳感器提取的信息往往是待對(duì)于目標(biāo)測(cè)量識(shí)別，單傳感器提取的信息往往是待識(shí)別目標(biāo)的不完全描述，而利用多個(gè)傳感器提取的識(shí)別目標(biāo)的不完全描述，而利用多個(gè)傳感器提取的獨(dú)立、互補(bǔ)信息，能帶來(lái)許多特殊效果，因而各種獨(dú)立、互補(bǔ)信息，能帶來(lái)許多特殊效果，因而各種面向復(fù)雜應(yīng)用背景的多傳感器數(shù)據(jù)系統(tǒng)也隨之大量面向復(fù)雜應(yīng)用背景的多傳感器數(shù)據(jù)系統(tǒng)也隨之大量涌現(xiàn)。涌現(xiàn)。 o 數(shù)據(jù)融合技術(shù)最早由美國(guó)軍方用于目標(biāo)跟蹤和目標(biāo)數(shù)據(jù)融合技術(shù)最早由美國(guó)軍方用于目標(biāo)跟蹤和目標(biāo)識(shí)別，隨著研究的深入和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，數(shù)據(jù)融識(shí)別，隨著研究的深入和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，數(shù)據(jù)融合技術(shù)已成功地應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域的諸多

2、方面。合技術(shù)已成功地應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域的諸多方面。 3引言引言o 數(shù)據(jù)融合數(shù)據(jù)融合n 將某一目標(biāo)的多源信息進(jìn)行融合，形成比單一信息將某一目標(biāo)的多源信息進(jìn)行融合，形成比單一信息源更精確、更完全的估計(jì)和判決；源更精確、更完全的估計(jì)和判決；n 把各個(gè)傳感器在空間上、時(shí)間上冗余或互補(bǔ)的數(shù)據(jù)，把各個(gè)傳感器在空間上、時(shí)間上冗余或互補(bǔ)的數(shù)據(jù)，依據(jù)某種準(zhǔn)則進(jìn)行組合，以獲得對(duì)被測(cè)對(duì)象的一致依據(jù)某種準(zhǔn)則進(jìn)行組合，以獲得對(duì)被測(cè)對(duì)象的一致性描述或理解，使系統(tǒng)比組成它的各子系統(tǒng)具有更性描述或理解，使系統(tǒng)比組成它的各子系統(tǒng)具有更優(yōu)越的性能。優(yōu)越的性能。 4引言引言o 數(shù)據(jù)融合的概念定義為：數(shù)據(jù)融合的概念定義為： 把來(lái)自

3、多個(gè)傳感器和信息源的數(shù)據(jù)加以聯(lián)合、相關(guān)和組把來(lái)自多個(gè)傳感器和信息源的數(shù)據(jù)加以聯(lián)合、相關(guān)和組合，以獲得精確的位置估計(jì)和身份估計(jì)，以及對(duì)戰(zhàn)況和威脅合，以獲得精確的位置估計(jì)和身份估計(jì)，以及對(duì)戰(zhàn)況和威脅及其重要程度進(jìn)行適時(shí)的完整評(píng)價(jià)。及其重要程度進(jìn)行適時(shí)的完整評(píng)價(jià)。 n良好性能穩(wěn)健性良好性能穩(wěn)健性n寬闊的時(shí)空覆蓋區(qū)域?qū)掗煹臅r(shí)空覆蓋區(qū)域n很高的測(cè)量維數(shù)很高的測(cè)量維數(shù)n良好的目標(biāo)空間分辨力良好的目標(biāo)空間分辨力 n5引言引言o 美國(guó)美國(guó)“數(shù)據(jù)融合聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)融合聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”在防御系統(tǒng)中通用的在防御系統(tǒng)中通用的數(shù)據(jù)融合處理模型：數(shù)據(jù)融合處理模型： 數(shù)據(jù)融合分為五級(jí)：數(shù)據(jù)融合分為五級(jí)：n 第一個(gè)層次為檢測(cè)第一

4、個(gè)層次為檢測(cè)/判決融合；判決融合；n 第二個(gè)層次為空間（位置）融合；第二個(gè)層次為空間（位置）融合；n 第三個(gè)層次為屬性數(shù)據(jù)融合；第三個(gè)層次為屬性數(shù)據(jù)融合；n 第四個(gè)層次為態(tài)勢(shì)評(píng)估；第四個(gè)層次為態(tài)勢(shì)評(píng)估；n 第五個(gè)層次為威脅估計(jì)。第五個(gè)層次為威脅估計(jì)。 第一、二兩個(gè)層次的數(shù)據(jù)融合適合于任意的多傳感器數(shù)第一、二兩個(gè)層次的數(shù)據(jù)融合適合于任意的多傳感器數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，后三個(gè)層次主要適用于據(jù)融合系統(tǒng)，后三個(gè)層次主要適用于C3I（情報(bào)指揮控制與（情報(bào)指揮控制與通訊）系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)融合。通訊）系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)融合。 6 2.1 信息融合系統(tǒng)的功能模型信息融合系統(tǒng)的功能模型o 2.2 信息融合的級(jí)別信息融合的級(jí)別o

5、2.3 信息融合系統(tǒng)的通用處理結(jié)構(gòu)信息融合系統(tǒng)的通用處理結(jié)構(gòu)o 2.4 信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題o 2.5 信息融合的主要技術(shù)和方法信息融合的主要技術(shù)和方法第2章 信息融合系統(tǒng)的模型和結(jié)構(gòu)72.1 信息融合系統(tǒng)的功能模型o 功能模型從融合過程出發(fā)，描述數(shù)據(jù)融合包括哪些功能模型從融合過程出發(fā)，描述數(shù)據(jù)融合包括哪些主要功能、數(shù)據(jù)庫(kù)，以及進(jìn)行數(shù)據(jù)融合時(shí)系統(tǒng)各組主要功能、數(shù)據(jù)庫(kù)，以及進(jìn)行數(shù)據(jù)融合時(shí)系統(tǒng)各組成部分之間的相互作用過程。成部分之間的相互作用過程。82.1 信息融合系統(tǒng)的功能模型o 促進(jìn)系統(tǒng)管理人員、理論研究者、設(shè)計(jì)人員、評(píng)估促進(jìn)系統(tǒng)管理人員、理論研究者、設(shè)計(jì)人

6、員、評(píng)估人員相互之間更好地溝通和理解，從而使得整個(gè)系人員相互之間更好地溝通和理解，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)施過程得以高效順利地進(jìn)行。統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)施過程得以高效順利地進(jìn)行。92.1 功能模型第一級(jí)處理：目標(biāo)評(píng)估o 第一級(jí)處理：目標(biāo)評(píng)估第一級(jí)處理：目標(biāo)評(píng)估（object assessment） 主要功能包括數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、目標(biāo)位置和運(yùn)動(dòng)學(xué)主要功能包括數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、目標(biāo)位置和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)估計(jì)，以及屬性參數(shù)估計(jì)、身份估計(jì)等，其結(jié)果為更高參數(shù)估計(jì)，以及屬性參數(shù)估計(jì)、身份估計(jì)等，其結(jié)果為更高級(jí)別的融合過程提供輔助決策信息。級(jí)別的融合過程提供輔助決策信息。數(shù)據(jù)配準(zhǔn)：就是將時(shí)域上不同步，

7、空域上屬于不同坐標(biāo)系的多源觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空對(duì)準(zhǔn)，從而將多源數(shù)據(jù)納入一個(gè)統(tǒng)一的參考框架中，為數(shù)據(jù)融合的后期工作做鋪墊。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：主要處理分類和組合等問題身份估計(jì)：處理的是實(shí)體屬性信息的表征與描述102.1 功能模型第二級(jí)處理o 第二級(jí)處理：態(tài)勢(shì)評(píng)估第二級(jí)處理：態(tài)勢(shì)評(píng)估（situation assessment） 態(tài)勢(shì)評(píng)估是對(duì)整個(gè)態(tài)勢(shì)的抽象和評(píng)定。態(tài)勢(shì)評(píng)估是對(duì)整個(gè)態(tài)勢(shì)的抽象和評(píng)定。n 態(tài)勢(shì)抽象就是根據(jù)不完整的數(shù)據(jù)集構(gòu)造一個(gè)綜合的態(tài)態(tài)勢(shì)抽象就是根據(jù)不完整的數(shù)據(jù)集構(gòu)造一個(gè)綜合的態(tài)勢(shì)表示，從而產(chǎn)生實(shí)體之間一個(gè)相互聯(lián)系的解釋。勢(shì)表示，從而產(chǎn)生實(shí)體之間一個(gè)相互聯(lián)系的解釋。n 態(tài)勢(shì)評(píng)定則關(guān)系到對(duì)產(chǎn)生觀測(cè)數(shù)據(jù)和

8、事件態(tài)勢(shì)的表示態(tài)勢(shì)評(píng)定則關(guān)系到對(duì)產(chǎn)生觀測(cè)數(shù)據(jù)和事件態(tài)勢(shì)的表示和理解。和理解。o 態(tài)勢(shì)評(píng)定的輸入包括事件檢測(cè)、狀態(tài)估計(jì)以及為態(tài)勢(shì)評(píng)定的輸入包括事件檢測(cè)、狀態(tài)估計(jì)以及為態(tài)勢(shì)評(píng)定所生成的一組假設(shè)等。態(tài)勢(shì)評(píng)定所生成的一組假設(shè)等。o 態(tài)勢(shì)評(píng)定的輸出在理論上是所考慮的各種假設(shè)的態(tài)勢(shì)評(píng)定的輸出在理論上是所考慮的各種假設(shè)的條件概率。條件概率。112.1 功能模型第三級(jí)處理o 第三級(jí)處理：影響評(píng)估第三級(jí)處理：影響評(píng)估（impact assessment） 影響評(píng)估是將當(dāng)前態(tài)勢(shì)映射到未來(lái)，對(duì)參與者設(shè)想或預(yù)影響評(píng)估是將當(dāng)前態(tài)勢(shì)映射到未來(lái)，對(duì)參與者設(shè)想或預(yù)測(cè)行為的影響進(jìn)行評(píng)估。在軍事領(lǐng)域即指威脅估計(jì)（測(cè)行為的影響進(jìn)行

9、評(píng)估。在軍事領(lǐng)域即指威脅估計(jì)（threat assessment），是一種多層視圖處理過程，用以解釋對(duì)武），是一種多層視圖處理過程，用以解釋對(duì)武器效能的估計(jì)，以及有效地扼制敵人進(jìn)攻的風(fēng)險(xiǎn)程度。器效能的估計(jì)，以及有效地扼制敵人進(jìn)攻的風(fēng)險(xiǎn)程度。 此外，威脅估計(jì)還包括通過匯集技術(shù)和軍事條令數(shù)據(jù)庫(kù)此外，威脅估計(jì)還包括通過匯集技術(shù)和軍事條令數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，對(duì)我軍要害部位受敵人攻擊時(shí)的脆弱性做出估計(jì)，中的數(shù)據(jù)，對(duì)我軍要害部位受敵人攻擊時(shí)的脆弱性做出估計(jì)，以及對(duì)作戰(zhàn)事件出現(xiàn)的程度和可能性進(jìn)行估計(jì)，并對(duì)敵方作以及對(duì)作戰(zhàn)事件出現(xiàn)的程度和可能性進(jìn)行估計(jì)，并對(duì)敵方作戰(zhàn)企圖給出指示和告警。戰(zhàn)企圖給出指示和告警。122

10、.1 功能模型第四級(jí)處理o 第四級(jí)處理：過程評(píng)估第四級(jí)處理：過程評(píng)估（process assessment） 過程評(píng)估是一個(gè)更高級(jí)的處理階段。通過建立一定的優(yōu)過程評(píng)估是一個(gè)更高級(jí)的處理階段。通過建立一定的優(yōu)化指標(biāo)，對(duì)整個(gè)融合過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與評(píng)價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)多化指標(biāo)，對(duì)整個(gè)融合過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與評(píng)價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)多傳感器自適應(yīng)信息獲取和處理，以及資源的最優(yōu)分配，以支傳感器自適應(yīng)信息獲取和處理，以及資源的最優(yōu)分配，以支持特定的任務(wù)目標(biāo)，并最終提高整個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的性能。持特定的任務(wù)目標(biāo)，并最終提高整個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的性能。o 難點(diǎn)：如何對(duì)系統(tǒng)特定任務(wù)目標(biāo)以及限制條件進(jìn)行建模和優(yōu)難點(diǎn)：如何對(duì)系統(tǒng)特定任務(wù)目標(biāo)以及限

11、制條件進(jìn)行建模和優(yōu)化，以平衡有限的系統(tǒng)資源，如計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力以及通信化，以平衡有限的系統(tǒng)資源，如計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力以及通信帶寬等。當(dāng)前，利用效用理論來(lái)開發(fā)系統(tǒng)性能及效率模型，帶寬等。當(dāng)前，利用效用理論來(lái)開發(fā)系統(tǒng)性能及效率模型，以及利用基于知識(shí)的方法來(lái)開發(fā)基于上下文環(huán)境的近似推理以及利用基于知識(shí)的方法來(lái)開發(fā)基于上下文環(huán)境的近似推理是研究的重點(diǎn)。是研究的重點(diǎn)。13o 2.1 信息融合系統(tǒng)的功能模型信息融合系統(tǒng)的功能模型 2.2 信息融合的級(jí)別信息融合的級(jí)別o 2.3 信息融合系統(tǒng)的通用處理結(jié)構(gòu)信息融合系統(tǒng)的通用處理結(jié)構(gòu)o 2.4 信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題o 2.5

12、信息融合的主要技術(shù)和方法信息融合的主要技術(shù)和方法第2章 信息融合系統(tǒng)的模型和結(jié)構(gòu)142.2 信息融合的級(jí)別o 信息融合按照融合系統(tǒng)中數(shù)據(jù)抽象的層次，融合可信息融合按照融合系統(tǒng)中數(shù)據(jù)抽象的層次，融合可以分為：以分為： 數(shù)據(jù)級(jí)融合數(shù)據(jù)級(jí)融合 特征級(jí)融合特征級(jí)融合 決策級(jí)融合決策級(jí)融合152.2 融合級(jí)別數(shù)據(jù)級(jí)融合o 數(shù)據(jù)級(jí)融合是最低層次的融合數(shù)據(jù)級(jí)融合是最低層次的融合 直接對(duì)傳感器的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，然后基直接對(duì)傳感器的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，然后基于融合后的結(jié)果進(jìn)行特征提取和判斷決策。于融合后的結(jié)果進(jìn)行特征提取和判斷決策。162.2 融合級(jí)別數(shù)據(jù)級(jí)融合o 主要優(yōu)點(diǎn)：只有較少數(shù)據(jù)量的損失，并能提

13、供其他融合層次主要優(yōu)點(diǎn)：只有較少數(shù)據(jù)量的損失，并能提供其他融合層次所不能提供的其他細(xì)微信息，所以精度最高。所不能提供的其他細(xì)微信息，所以精度最高。o 它的局限性包括：它的局限性包括：所要處理的傳感器數(shù)據(jù)量大，故處理代價(jià)高，處理時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)時(shí)所要處理的傳感器數(shù)據(jù)量大，故處理代價(jià)高，處理時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性差性差這種融合是在信息的最低層進(jìn)行的，傳感器信息的不確定性、不這種融合是在信息的最低層進(jìn)行的，傳感器信息的不確定性、不完全性和不穩(wěn)定性要求在融合時(shí)有較高的糾錯(cuò)處理能力完全性和不穩(wěn)定性要求在融合時(shí)有較高的糾錯(cuò)處理能力它要求傳感器是同類的，即提供對(duì)同一觀測(cè)對(duì)象的同類觀測(cè)數(shù)據(jù)它要求傳感器是同類的，即提供對(duì)同一

14、觀測(cè)對(duì)象的同類觀測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通信量大，抗干擾能力差數(shù)據(jù)通信量大，抗干擾能力差 此級(jí)別的數(shù)據(jù)融合用于多源圖像復(fù)合、圖像分析和理解以及此級(jí)別的數(shù)據(jù)融合用于多源圖像復(fù)合、圖像分析和理解以及同類雷達(dá)波形的直接合成等。同類雷達(dá)波形的直接合成等。172.2 融合級(jí)別特征級(jí)融合o 特征級(jí)融合屬于中間層次的融合特征級(jí)融合屬于中間層次的融合o 由每個(gè)傳感器抽象出自己的特征向量（可以是目標(biāo)的邊緣、由每個(gè)傳感器抽象出自己的特征向量（可以是目標(biāo)的邊緣、方向和速度等信息），融合中心完成特征向量的融合處理。方向和速度等信息），融合中心完成特征向量的融合處理。o 一般來(lái)說(shuō)，提取的特征信息應(yīng)是數(shù)據(jù)信息的充分表示量或充一般來(lái)說(shuō)，

15、提取的特征信息應(yīng)是數(shù)據(jù)信息的充分表示量或充分統(tǒng)計(jì)量。分統(tǒng)計(jì)量。n優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了可觀的數(shù)據(jù)壓縮，降低對(duì)通信帶寬的要求，有優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了可觀的數(shù)據(jù)壓縮，降低對(duì)通信帶寬的要求，有利于實(shí)時(shí)處理，利于實(shí)時(shí)處理，n但由于損失了一部分有用信息，使得融合性能有所降低。但由于損失了一部分有用信息，使得融合性能有所降低。182.2 融合級(jí)別特征級(jí)融合o 特征級(jí)融合可劃分為目標(biāo)狀態(tài)信息融合和目標(biāo)特征信息融特征級(jí)融合可劃分為目標(biāo)狀態(tài)信息融合和目標(biāo)特征信息融合兩大類。合兩大類。 目標(biāo)狀態(tài)信息融合主要用于多傳感器目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域，融合處目標(biāo)狀態(tài)信息融合主要用于多傳感器目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域，融合處理首先對(duì)多傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以完成數(shù)據(jù)

16、校準(zhǔn)，然后理首先對(duì)多傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以完成數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)和狀態(tài)估計(jì)。具體數(shù)學(xué)方法包括卡爾曼濾波理進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)和狀態(tài)估計(jì)。具體數(shù)學(xué)方法包括卡爾曼濾波理論、聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、多假設(shè)法、交互式多模型法和序貫論、聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、多假設(shè)法、交互式多模型法和序貫處理理論。處理理論。 目標(biāo)特征信息融合實(shí)際屬于模式識(shí)別問題，常見的數(shù)學(xué)方法目標(biāo)特征信息融合實(shí)際屬于模式識(shí)別問題，常見的數(shù)學(xué)方法有參量模板法、特怔壓縮和聚類方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、有參量模板法、特怔壓縮和聚類方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、K階階最近鄰法等。最近鄰法等。192.2 融合級(jí)別決策級(jí)融合o 決策級(jí)融合是一種高層次的融合決策級(jí)融合是一種

17、高層次的融合o 由每個(gè)傳感器基于自己的數(shù)據(jù)作出決策，然后在融合中心完由每個(gè)傳感器基于自己的數(shù)據(jù)作出決策，然后在融合中心完成的是局部決策的融合處理。成的是局部決策的融合處理。o 決策級(jí)融合是三級(jí)融合的最終結(jié)果，是直接針對(duì)具體決策目決策級(jí)融合是三級(jí)融合的最終結(jié)果，是直接針對(duì)具體決策目標(biāo)的，融合結(jié)果直接影響決策水平。標(biāo)的，融合結(jié)果直接影響決策水平。202.2 融合級(jí)別決策級(jí)融合o 這種處理方法數(shù)據(jù)損失量最大，因而相對(duì)來(lái)說(shuō)精度最低，但這種處理方法數(shù)據(jù)損失量最大，因而相對(duì)來(lái)說(shuō)精度最低，但其具有通信量小，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)傳感器依賴小，不要求其具有通信量小，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)傳感器依賴小，不要求是同質(zhì)傳感器，

18、融合中心處理代價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。常見算法有是同質(zhì)傳感器，融合中心處理代價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。常見算法有Bayes推斷、專家系統(tǒng)、推斷、專家系統(tǒng)、DS證據(jù)推理、模糊集理論等。證據(jù)推理、模糊集理論等。o 特征級(jí)和決策級(jí)的融合不要求多傳感器是同類的。特征級(jí)和決策級(jí)的融合不要求多傳感器是同類的。o 由于不同融合級(jí)別的融合算法各有利弊，所以為了提高信息由于不同融合級(jí)別的融合算法各有利弊，所以為了提高信息融合技術(shù)的速度和精度，需要開發(fā)高效的局部傳感器處理策融合技術(shù)的速度和精度，需要開發(fā)高效的局部傳感器處理策略以及優(yōu)化融合中心的融合規(guī)則。略以及優(yōu)化融合中心的融合規(guī)則。212.2 融合級(jí)別三個(gè)層次的比較o 三個(gè)融合層次優(yōu)缺點(diǎn)

19、的比較：三個(gè)融合層次優(yōu)缺點(diǎn)的比較：數(shù)據(jù)級(jí)融合數(shù)據(jù)級(jí)融合特征級(jí)融合特征級(jí)融合決策級(jí)融合決策級(jí)融合處理信息量處理信息量最大最大中等中等最小最小信息量損失信息量損失最小最小中等中等最大最大抗干擾性能抗干擾性能最差最差中等中等最好最好容錯(cuò)性能容錯(cuò)性能最差最差中等中等最好最好算法難度算法難度最難最難中等中等最易最易融合前處理融合前處理最小最小中等中等最大最大融合性能融合性能最好最好中等中等最差最差對(duì)傳感器的依賴程度對(duì)傳感器的依賴程度最大最大中等中等最小最小22o 2.1 信息融合系統(tǒng)的功能模型信息融合系統(tǒng)的功能模型 2.2 信息融合的級(jí)別信息融合的級(jí)別 2.3 信息融合系統(tǒng)的通用處理結(jié)構(gòu)信息融合系統(tǒng)的通

20、用處理結(jié)構(gòu)o 2.4 信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題o 2.5 信息融合的主要技術(shù)和方法信息融合的主要技術(shù)和方法第2章 信息融合系統(tǒng)的模型和結(jié)構(gòu)232.3 信息融合系統(tǒng)的通用處理結(jié)構(gòu)o 通用處理結(jié)構(gòu)：通用處理結(jié)構(gòu)：在整個(gè)融合處理流程中，依照實(shí)現(xiàn)融在整個(gè)融合處理流程中，依照實(shí)現(xiàn)融合處理的場(chǎng)合不同，研究人員提出了通用處理結(jié)構(gòu)的概合處理的場(chǎng)合不同，研究人員提出了通用處理結(jié)構(gòu)的概念。念。Heisttand描述了三種處理結(jié)構(gòu)，分別是集中式結(jié)描述了三種處理結(jié)構(gòu)，分別是集中式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)以及混合式結(jié)構(gòu)。不同處理結(jié)構(gòu)針對(duì)不構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)以及混合式結(jié)構(gòu)。不同處理結(jié)構(gòu)針對(duì)不同的加工對(duì)

21、象。同的加工對(duì)象。 集中式結(jié)構(gòu)集中式結(jié)構(gòu)：加工的是傳感器的原始數(shù)據(jù)；：加工的是傳感器的原始數(shù)據(jù)； 分布式結(jié)構(gòu)分布式結(jié)構(gòu)：加工的是經(jīng)過預(yù)處理的局部數(shù)據(jù)；：加工的是經(jīng)過預(yù)處理的局部數(shù)據(jù)； 混合式結(jié)構(gòu)混合式結(jié)構(gòu)：加工的既有原始數(shù)據(jù)，又有預(yù)處理過的：加工的既有原始數(shù)據(jù)，又有預(yù)處理過的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。242.3 通用處理結(jié)構(gòu)集中式o 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在此結(jié)構(gòu)中，各個(gè)傳感器錄取的檢測(cè)報(bào)告直接被送到融合中在此結(jié)構(gòu)中，各個(gè)傳感器錄取的檢測(cè)報(bào)告直接被送到融合中心，在那里進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)準(zhǔn)、點(diǎn)跡相關(guān)、數(shù)據(jù)互聯(lián)、航跡濾波、預(yù)心，在那里進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)準(zhǔn)、點(diǎn)跡相關(guān)、數(shù)據(jù)互聯(lián)、航跡濾波、預(yù)測(cè)與綜合跟蹤。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是信息

22、損失小，對(duì)系統(tǒng)通信要術(shù)較測(cè)與綜合跟蹤。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是信息損失小，對(duì)系統(tǒng)通信要術(shù)較高，融合中心計(jì)算負(fù)擔(dān)重，系統(tǒng)的生存能力也較差。高，融合中心計(jì)算負(fù)擔(dān)重，系統(tǒng)的生存能力也較差。252.3 通用處理結(jié)構(gòu)分布式o 分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 分布式結(jié)構(gòu)與集中式結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于，每個(gè)傳感器的檢測(cè)報(bào)告在進(jìn)分布式結(jié)構(gòu)與集中式結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于，每個(gè)傳感器的檢測(cè)報(bào)告在進(jìn)入融合中心以前，先由它自己的數(shù)據(jù)處理器產(chǎn)生局部多目標(biāo)跟蹤航跡，入融合中心以前，先由它自己的數(shù)據(jù)處理器產(chǎn)生局部多目標(biāo)跟蹤航跡，然后把處理后的信息送至融合中心，融合中心根據(jù)各結(jié)點(diǎn)的航跡數(shù)據(jù)完然后把處理后的信息送至融合中心，融合中心根據(jù)各結(jié)點(diǎn)的航跡數(shù)據(jù)完

23、成航跡關(guān)聯(lián)和航跡融合，形成全局估計(jì)。相對(duì)于集中式系統(tǒng)，此類系統(tǒng)成航跡關(guān)聯(lián)和航跡融合，形成全局估計(jì)。相對(duì)于集中式系統(tǒng)，此類系統(tǒng)具有造價(jià)低、可靠性高、通信量小等特點(diǎn)。具有造價(jià)低、可靠性高、通信量小等特點(diǎn)。262.3 通用處理結(jié)構(gòu)混合式o 混合式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)混合式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 混合式融合系統(tǒng)同時(shí)傳輸檢測(cè)報(bào)告和經(jīng)過局部結(jié)點(diǎn)處理后的混合式融合系統(tǒng)同時(shí)傳輸檢測(cè)報(bào)告和經(jīng)過局部結(jié)點(diǎn)處理后的航跡信息，它保留了上述兩類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，但在通信和計(jì)算上要航跡信息，它保留了上述兩類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，但在通信和計(jì)算上要付出較昂貴的代價(jià)。此類系統(tǒng)也有上述兩類系統(tǒng)難以比擬的優(yōu)勢(shì)，付出較昂貴的代價(jià)。此類系統(tǒng)也有上述兩類系統(tǒng)難以比擬的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)

24、際場(chǎng)合往往采用此類結(jié)構(gòu)。在實(shí)際場(chǎng)合往往采用此類結(jié)構(gòu)。27o 2.1 信息融合系統(tǒng)的功能模型信息融合系統(tǒng)的功能模型 2.2 信息融合的級(jí)別信息融合的級(jí)別 2.3 信息融合系統(tǒng)的通用處理結(jié)構(gòu)信息融合系統(tǒng)的通用處理結(jié)構(gòu) 2.4 信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題o 2.5 信息融合的主要技術(shù)和方法信息融合的主要技術(shù)和方法第2章 信息融合系統(tǒng)的模型和結(jié)構(gòu)282.4 信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題o 數(shù)據(jù)對(duì)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)準(zhǔn) 在多傳感信息融合系統(tǒng)中，每個(gè)傳感器提供的觀測(cè)數(shù)據(jù)在多傳感信息融合系統(tǒng)中，每個(gè)傳感器提供的觀測(cè)數(shù)據(jù)都在各自的參考框架之內(nèi)。在對(duì)這些信息進(jìn)行組合

25、之前，必都在各自的參考框架之內(nèi)。在對(duì)這些信息進(jìn)行組合之前，必須首先將它們變換到同一個(gè)參考框架中去。但要注意的是，須首先將它們變換到同一個(gè)參考框架中去。但要注意的是，由于多傳感時(shí)空配準(zhǔn)的舍入誤差必須得到補(bǔ)償。由于多傳感時(shí)空配準(zhǔn)的舍入誤差必須得到補(bǔ)償。o 同類或異類數(shù)據(jù)同類或異類數(shù)據(jù) 多傳感器提供的數(shù)據(jù)在屬性上可以是同類也可以是異類多傳感器提供的數(shù)據(jù)在屬性上可以是同類也可以是異類的，而且異類多傳感器較之同類傳感器，其提供的信息具有的，而且異類多傳感器較之同類傳感器，其提供的信息具有更強(qiáng)的多樣性和互補(bǔ)性；但同時(shí)由于異類數(shù)據(jù)在時(shí)間上的不更強(qiáng)的多樣性和互補(bǔ)性；但同時(shí)由于異類數(shù)據(jù)在時(shí)間上的不同步，數(shù)據(jù)率不

26、一致以及測(cè)量維數(shù)不匹配等特點(diǎn)，使得對(duì)這同步，數(shù)據(jù)率不一致以及測(cè)量維數(shù)不匹配等特點(diǎn)，使得對(duì)這些信息的融合處理更困難。些信息的融合處理更困難。292.4 信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題o 傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)的不確定性傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)的不確定性 由于傳感器工作環(huán)境的不確定性，導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)包含有由于傳感器工作環(huán)境的不確定性，導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)包含有噪聲成分。在融合處理中需要對(duì)多源觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)證，噪聲成分。在融合處理中需要對(duì)多源觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)證，并補(bǔ)充綜合，在最大限度上降低數(shù)據(jù)的不確定性。并補(bǔ)充綜合，在最大限度上降低數(shù)據(jù)的不確定性。o 不完整、不一致及虛假數(shù)據(jù)不完整、不一致及虛假

27、數(shù)據(jù) 在多傳感信息融合系統(tǒng)中，對(duì)傳感器接收到的量測(cè)數(shù)據(jù)在多傳感信息融合系統(tǒng)中，對(duì)傳感器接收到的量測(cè)數(shù)據(jù)有時(shí)會(huì)存在多種解釋，稱之為數(shù)據(jù)的不完整性；多傳感數(shù)據(jù)有時(shí)會(huì)存在多種解釋，稱之為數(shù)據(jù)的不完整性；多傳感數(shù)據(jù)往往也會(huì)對(duì)觀測(cè)環(huán)境作出不一致甚至相互矛盾的解釋；另外，往往也會(huì)對(duì)觀測(cè)環(huán)境作出不一致甚至相互矛盾的解釋；另外，由于噪聲及干擾因素的存在，往往存在一些虛假的量測(cè)數(shù)據(jù)。由于噪聲及干擾因素的存在，往往存在一些虛假的量測(cè)數(shù)據(jù)。信息融合系統(tǒng)需要能夠?qū)@些不完整數(shù)據(jù)、不一致數(shù)據(jù)以及信息融合系統(tǒng)需要能夠?qū)@些不完整數(shù)據(jù)、不一致數(shù)據(jù)以及虛假數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的融合處理。虛假數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的融合處理。302.4 信息融

28、合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題o 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián) 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題廣泛存在，需要解決單傳感時(shí)間域上的關(guān)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題廣泛存在，需要解決單傳感時(shí)間域上的關(guān)聯(lián)問題，以及多傳感空間域上的關(guān)聯(lián)問題，從而能確定來(lái)源聯(lián)問題，以及多傳感空間域上的關(guān)聯(lián)問題，從而能確定來(lái)源于同一目標(biāo)源的數(shù)據(jù)。于同一目標(biāo)源的數(shù)據(jù)。o 粒度粒度 多傳感器提供的數(shù)據(jù)可能是在不同的粒度級(jí)別上。這些多傳感器提供的數(shù)據(jù)可能是在不同的粒度級(jí)別上。這些數(shù)據(jù)可以是稀疏的，也可以是稠密的；它們也可能分別處于數(shù)據(jù)可以是稀疏的，也可以是稠密的；它們也可能分別處于數(shù)據(jù)級(jí)、特征級(jí)，或是符號(hào)級(jí)各種不同的抽象級(jí)別上，所以數(shù)據(jù)級(jí)、特征級(jí)，或是符

29、號(hào)級(jí)各種不同的抽象級(jí)別上，所以一個(gè)可行的融合方案應(yīng)該可以工作在各種不同的粒度級(jí)別上。一個(gè)可行的融合方案應(yīng)該可以工作在各種不同的粒度級(jí)別上。 312.4 信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題o 態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù) 態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)為各個(gè)級(jí)別上的融合處理提供實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)為各個(gè)級(jí)別上的融合處理提供實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 這些數(shù)據(jù)包括多傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)、融合的中間結(jié)果數(shù)據(jù)、這些數(shù)據(jù)包括多傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)、融合的中間結(jié)果數(shù)據(jù)、有關(guān)目標(biāo)和環(huán)境的輔助信息以及進(jìn)行融合處理所需的歷史信有關(guān)目標(biāo)和環(huán)境的輔助信息以及進(jìn)行融合處理所需的歷史信息等。息等。 對(duì)整個(gè)信息融合系統(tǒng)中態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)的要求是

30、容量要大、對(duì)整個(gè)信息融合系統(tǒng)中態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)的要求是容量要大、搜索要快、開放互連性要好，并具有良好的人機(jī)接口。因此，搜索要快、開放互連性要好，并具有良好的人機(jī)接口。因此，要開發(fā)更有效的數(shù)據(jù)模型、新的有效查找和搜索機(jī)制，以及要開發(fā)更有效的數(shù)據(jù)模型、新的有效查找和搜索機(jī)制，以及分布式多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等。分布式多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等。32o 2.1 信息融合系統(tǒng)的功能模型信息融合系統(tǒng)的功能模型 2.2 信息融合的級(jí)別信息融合的級(jí)別 2.3 信息融合系統(tǒng)的通用處理結(jié)構(gòu)信息融合系統(tǒng)的通用處理結(jié)構(gòu) 2.4 信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題信息融合要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題 2.5 信息融合的主要技術(shù)和方法信息融合的主要技術(shù)和方法 第2章 信息融合系統(tǒng)的模型和結(jié)構(gòu)332.5 信息融合的主要技術(shù)和方法信息融合的主要技術(shù)和方法q 信息融合作為對(duì)多源信息的綜合處理過程，具有本信息融合作為對(duì)多源信息的綜合處理過程，具有本質(zhì)的復(fù)雜性。質(zhì)的復(fù)雜性。q 傳統(tǒng)的估計(jì)理論和識(shí)別算法為信息融合技術(shù)奠定了傳統(tǒng)的估計(jì)理論和識(shí)別算法為信息融合技術(shù)奠定了不可或缺的理論基礎(chǔ)。同時(shí)，近年來(lái)出現(xiàn)的一些新不可或缺的理論基礎(chǔ)。同時(shí)，近年來(lái)出現(xiàn)的一些新的基于統(tǒng)計(jì)推斷、人工智能以及信息論的新方法，的基于統(tǒng)計(jì)推斷、人工智能以及信息論的新方法，也正成為推動(dòng)信息融合技術(shù)向前發(fā)展的重要力量。也正成為推動(dòng)