多传感器信息融合技术综述

1.1多传感器信息融合技术概述一般意义上的信息融合（也称为数据融合）是一种对信息多层次、多方面的处理过程，这个过程是对多源数据进行融合以获得精确、完整、及时的目标属性及状态。单个传感器提供的信息量较少，信息类别少，也有可能是不正确的。由此多传感器信息融合技术应运而生，采用多传感器信息融合技术来处理来自多个传感器的数据，对态势做出正确的估计和判决是未来的趋势。

1.2多传感器信息融合技术的研究背景随着现代科学技术在军事领域的广泛应用，现代战争已经突破了传统模式，发展成为陆、海、空、天、信五位一体的战争。在现代战术系统中，依靠单一传感器提供的信息已无法满足作战需要，必须运用包括雷达、红外、激光、电子支援措施（EleetronicsuPportMeasures，EsM）等在内的多种有源、无源传感器来提供观测信息。这就需要对多数据源获取的信息进行综合处理，实时进行目标发现和优化综合处理来获取目标状态估计、目标属性及目标身份、态势评估、威胁估计等作战信息。多传感器系统具有更强的生存能力，扩展了空间覆盖范围，并能够减少信息的模糊性而得到更精确的估计结果，这些优点都使得多传感器系统的应用越来越重要。然而在多传感器系统中，信息表现的多样性，信息数量的巨大性，信息关系的复杂性，以及要求信息处理的实时性，都已大大超出了人脑的信息综合处理能力。因此，从20世纪70年代起，一个新兴的学科一多传感器信息融合（MulTIsensor DataFusion，MsDr）便迅速地发展起来，并且迅速在现代e4I（eommand， eontroleommunieaTIons， eomputers， telligenee）系统中和各种武器平台上以及许多民事领域得到了广泛地应用。二十世纪八十年代，由美国国防部联合指导实验室技术委员会和国际光学工程学会赞助每年召开的电子与信息专业会议，标志着信息融合技术的兴起。随着科学技术的发展，特别是微电子技术、集成电路及其设计技术、计算机技术、近代信号处理技术和传感器技术的发展，信息融合己经成为一个新的学科方向和研究领域，在各种不同电子系统中采用了大量不同类型的传感器。因此，一般也将信息融合称为多传感器融合。在第二次世界大战期间就已经把信息融合技术应用到了实际系统中，比如，通过在高炮火控雷达上加装光学测距系统，重合利用雷达和光学传感器给出的两种信息，不仅大大提高了系统的测距精度，同时也大大提高了系统的抗干扰能力“从这种意义上说，信息融合系统在二战期间就达到了实用程度。近二十年来，随着各种先进武器系统的出现与发展，世界各国都在完善和发展自己的c4I系统，以完成指定的战略和战术任务。C4I系统如何对各类传感器所收集的大量信息和情报进行分析！处理！综合，以便做出正确的决策，这就形成了信息处理的一个新的和重要的分支，即多传感器信息融合。

1.3研究目的及意义

一般意义上的信息融合（也称为数据融合）是一种对信息多层次、多方面的处理过程，个过程是对多源数据进行融合以获得精确、完整、及时的目标属性及状态。Waltz和LinaS等给出了数据融合较完整的定义：一种多层次的！多方面的处理过程，这个过程是对多源数据进行检测、结合、相关、估计和组合以达到精确的状态估计和身份估计，以及完整及时的态势评估和威胁估计。现在，信息融合比较确切的定义可概括为：利用计算机技术对按时序获得的若干传感器的观测信息，在一定准则下加以自动分析、综合以完成所需的决策和估计任务而进行的信息处理过程。是通过一定的算法综合处理来自多个传感器的量测信息，产生更可靠、更准确、更完整的信息，并根据这些信息做出判断、估计和决策，其关键技术是对各类原始量测信息进行数据预处理、数据关联、数据决策和数据融合等等。多传感器信息融合系统有以下的优点：

（1）任意一个传感器所提供的信息是单方面的、不完整的，有可能是错误的、不精确的，传感器精度不相同，所提供信息类别也不相同。通过对多个传感器所提供的信息进行综合处理，将会比单个传感器做出更可靠的判断和决策，并且大大提高制导系统的精度。

（2）不同传感器所提供的信息特征是不同的，多传感器信息融合系统能够获得单个传感器不能获得的大量特征信息，使系统抗干扰能力大大加强。

1.4国内外研究现状信息融合作为一门跨学科的综合信息处理理论，在军事领域！地质学科领域！机器人技术及智能控制领域！工业控制领域有着广阔的发展前景，信息融合技术主要应用在军事领域上，目前，国内外的发展状况如下：

（1）信息融合技术在故障诊断领域中的应用基于信息融合的故障诊断方法，是通过对多传感器获取设备状态的特征信号，并进行多层关联组合！数据选择，从而获得对诊断对象故障信息更为可靠的认识和对潜在故障发展趋势的态势评估。

（2）信息融合技术在图像处理方面的应用主要是遥感图像技术，遥感图像的信息融合能使各种空间、波谱和时间分辨率的图像纳入统一的时空内，融合构成一种新的图像，增加信息量，实现多种信息的互补，改善了图像的质量和有效性。

（3）信息融合技术在现代防火系统中的应用相当广泛，利用各种先进的传感器进行火情检测，如温度传感器！地表湿度传感器！烟雾传感器及红外传感器等“例如，利用温度传感器及地表湿度传感器用于测量气温和地表湿度，并以此来判断天气及地表对火情的影响。烟雾传感器、红外传感器监测火点的产生及火情的发展。这是一个典型的异类传感器融合系统，应用该类技术可以大幅度地提高火警检测的准确性。

（4）信息融合技术在医学领域的应用日渐活跃，主要包括疾病诊断及人体结构的研究。在医学领域应用信息融合技术的前提条件是目前医学可视化及图像提取设备的发展，通过X光片图像及超声波图像融合能够更容易发现癌变组织，还能更清晰的对不同组织进行分类。通过融合血管造影术及超声波图像，可以重建血管的3D图像。信息融合技术还应用于研究脑组织的结构及睡眠状态的识别等。

（5）军事防御系统是一个非常典型的信息融合系统，例如，发现、识别、跟踪敌机，军事上广泛使用雷达、红外探测仪、声纳及其它传感器，不同信息都被传输到融合中心进行处理。军事上的另一个应用是战场监督，例如，态势估计和威胁估计。这些都是基于敌方和作战地区的先验知识，但这些知识往往是不确定和模糊的，也需要在一定程度上进行融合分析。目前国外的主要军事大国都投入大量的人力、物力和财力到信息融合方面的研究中，美、英、法、意、日等国已经有上百个军用融合系统，如美国的ASAS（全源信息分析）系统、LENSCE（战术陆军和空军指挥员自动情报保障）系统，英国的AIDD （炮兵智能信息融合）系统、DDF（分布式数据融合）系统，加拿大的AAWMSDF（海军防空多传感器融合）系统等。美国多年来把信息融合技术列为国防重点研究项目，目前美国的信息融合系统正不断向功能综合化、网络化、三军集成化发展，美国国防部52010年联合设想6中提出了建立联合战场信息球或C4isR（指挥、控制、通信、计算机、情报、监视与侦查系统）全球信息栅格网的设想，实现以网络为中心的联合作战，从而达到信息的优势和决策的优势。在北约空袭南联盟的军事行动中，首次使用了带有先进数据融合与处理能力的初期联合空战中心能力系统和海上指挥控制信息系统“初期联合空战中心能力系统可将空中预警机等空中平台和法国、意大利等国地面雷达收集的数据，组合成覆盖面广阔的空中态势图，为北约各级参战指挥官提供大量实时情报;海上指挥控制信息系统能把海上、陆上和空中图像融合起来，显示整个战场空间的通用作战态势图。目前，国内外对信息融合技术的研究虽然已经取得了一定的成果，但还存在一些难题没有完全解决”如传感器模型！融合过程的推理及有关算法的研究等等。所以，信息融合是一项正在发展的高新技术。