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多傳感器信息融合技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)

手頭有這個(gè)課題的一篇論文要寫，一時(shí)來不及自己搞，找高手幫忙解決，提供個(gè)大概提綱或者相關(guān)資料就可以了，高分相贈(zèng): 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-08-22

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現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中的多傳感器信息融合技術(shù)研究牛志一摘要信息融合是對(duì)現(xiàn)代化信息戰(zhàn)爭(zhēng)具有重要意義的一門新型學(xué)科。本文介紹了多傳感器信息融合的定義、原理、方法、層次和結(jié)構(gòu)，提出了現(xiàn)代化戰(zhàn)場(chǎng)信息融合系統(tǒng)作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)和功能體系結(jié)構(gòu)，對(duì)多傳感器信息融合系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了較為全面的探討關(guān)鍵詞信息戰(zhàn)爭(zhēng) 信息融合數(shù)據(jù)級(jí)融合特征級(jí)融合決策級(jí)融合 1 引言現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用, 使得現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)突破了傳統(tǒng)模式,發(fā)展成為陸、海、空、天、電磁五位一體的立體戰(zhàn)爭(zhēng)。在現(xiàn)代戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)中, 依靠單一的傳感器提供信息已無法滿足作戰(zhàn)需要, 必須運(yùn)用多傳感器提供觀測(cè)信息, 實(shí)時(shí)進(jìn)行目標(biāo)發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化綜合處理來獲得狀態(tài)估計(jì)、目標(biāo)屬性、態(tài)勢(shì)評(píng)估、威脅估計(jì)等作戰(zhàn)信息. 在多傳感器系統(tǒng)中，信息表現(xiàn)形式多樣，信息數(shù)量巨大，同時(shí)要求信息處理迅速及時(shí)，人腦的信息綜合處理能力已經(jīng)無法勝任，因此，一個(gè)新興的學(xué)科——多傳感器信息融合便迅速發(fā)展起來，并在現(xiàn)代化C4I系統(tǒng)和各種武器平臺(tái)上得到了廣泛的應(yīng)用。 2 多傳感器信息融合技術(shù)概述2．1信息融合的定義信息融合是近30年來興起的新技術(shù), 到現(xiàn)在為止對(duì)于它的定義仍然有著多種不同的說法。目前被普遍接受的有關(guān)信息融合的定義, 是1991 年由美國(guó)三軍政府組織——實(shí)驗(yàn)室理事聯(lián)合會(huì)JDL (Joint Directors of Laboratories) 提出 , 1994 年由澳大利亞DSTO (Defense Science and Techno logy Organization) 加以擴(kuò)展的。它將信息融合定義為一種多層次、多方面的處理過程, 包括對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)、相關(guān)、組合和估計(jì), 從而提高狀態(tài)和特性估計(jì)的精度, 以及對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)和威脅及其重要程度進(jìn)行適時(shí)的完整評(píng)價(jià).2．2信息融合的基本原理多傳感器信息融合實(shí)際上是對(duì)人腦綜合處理復(fù)雜問題的一種功能模擬，它的基本原理就是像人腦綜合處理信息的過程一樣，充分利用多個(gè)傳感器資源，通過對(duì)各種傳感器及其觀測(cè)信息的合理支配與使用，將各種傳感器在空間和時(shí)間上的互補(bǔ)與冗余信息依據(jù)某種優(yōu)化準(zhǔn)則組合起來，產(chǎn)生對(duì)觀測(cè)環(huán)境的一致性解釋和描述。2．3信息融合技術(shù)的發(fā)展 1973年，美國(guó)研究機(jī)構(gòu)在國(guó)防部的資助下，開展了聲納信號(hào)理解系統(tǒng)的研究，這可以被看作是最早的關(guān)于信息融合方面的研究。從那以后，信息融合技術(shù)便迅速發(fā)展起來。20世紀(jì)70年代末，在公開出版的技術(shù)文獻(xiàn)中開始出現(xiàn)基于多傳感器信息綜合意義的融合一詞。1988年，美國(guó)國(guó)防部把信息融合技術(shù)列為90年代重點(diǎn)研究開發(fā)的二十項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一，且列為最優(yōu)先發(fā)展的A類。美國(guó)三軍政府組織——實(shí)驗(yàn)室理事聯(lián)席會(huì)（JDL）下設(shè)的C3技術(shù)委員會(huì)（TP C3）專門成立了信息融合專家組來組織和指導(dǎo)有關(guān)的工作。有人統(tǒng)計(jì), 1991 年美國(guó)已有54 個(gè)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)引入到軍用電子系統(tǒng)中去, 其中87% 已有試驗(yàn)樣機(jī)、試驗(yàn)床或已被應(yīng)用。目前世界上主要軍事大國(guó)都競(jìng)相開始投入大量人力、物力和財(cái)力進(jìn)行信息融合技術(shù)的研究，安排了大批研究項(xiàng)目，并已取得大量研究結(jié)果。到目前為止，美、英、德、法、意、日、俄等國(guó)已研制出上百個(gè)軍用信息融合系統(tǒng)，比較典型的有：TCAC——戰(zhàn)術(shù)指揮控制，BETA——戰(zhàn)場(chǎng)利用和目標(biāo)截獲系統(tǒng)，ASAS——全源分析系統(tǒng)，DAGR——輔助空中作戰(zhàn)命令分析專家系統(tǒng)，PART——軍用雙工無線電/雷達(dá)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，AMSVI——自動(dòng)多傳感器部隊(duì)識(shí)別系統(tǒng)，TRWDS——目標(biāo)獲取核武器輸送系統(tǒng)，AIDD——炮兵情報(bào)數(shù)據(jù)融合和ANALYST——地面部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗態(tài)勢(shì)評(píng)定系統(tǒng)等。國(guó)內(nèi)關(guān)于信息融合技術(shù)的研究則起步相對(duì)較晚。20世紀(jì)80年代初，人們開始從事多目標(biāo)跟蹤技術(shù)研究，到了80年代末才開始出現(xiàn)有關(guān)多傳感器信息融合技術(shù)研究的報(bào)道。當(dāng)時(shí)，人們對(duì)它的含義有著不同的理解，主要的提法有：數(shù)據(jù)合成，數(shù)據(jù)匯編，數(shù)據(jù)匯集，數(shù)據(jù)總和，數(shù)據(jù)融合等。20世紀(jì)90年代初，這一領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)才逐漸形成高潮。在政府、軍方和各種基金部門的資助下，國(guó)內(nèi)一批高校和研究所開始廣泛從事這一技術(shù)的研究工作，出現(xiàn)了大批理論研究成果。與此同時(shí)，也有幾部信息融合領(lǐng)域的學(xué)術(shù)專著和譯著出版。到了20世紀(jì)90年代中期，信息融合技術(shù)在國(guó)內(nèi)已發(fā)展成為多方關(guān)注的共性關(guān)鍵技術(shù)，出現(xiàn)了許多熱門研究方向，許多學(xué)者致力于機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤、分布監(jiān)測(cè)融合、多傳感器跟蹤與定位、分布信息融合、目標(biāo)識(shí)別與決策信息融合、態(tài)勢(shì)評(píng)估與威脅估計(jì)等領(lǐng)域的理論及應(yīng)用研究，相繼出現(xiàn)了一批多目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)和有初步綜合能力的多傳感器信息融合系統(tǒng)。目前新一代艦載，機(jī)載，彈載和各種C4I系統(tǒng)正在向多傳感器信息融合方向發(fā)展，預(yù)計(jì)21世紀(jì)將有一批多傳感器信息融合系統(tǒng)。 3 多傳感器信息融合的層次和結(jié)構(gòu)3．1信息融合的層次多傳感器信息融合一般可以分為三層：數(shù)據(jù)級(jí)融合，特征級(jí)融合和決策級(jí)融合。 ● 數(shù)據(jù)級(jí)融合數(shù)據(jù)級(jí)融合又稱像素級(jí)融合, 它是最低層次的融合, 是在采集到的傳感器的原始信息層次上(未經(jīng)處理或只做很小的處理) 進(jìn)行融合, 在各種傳感器的原始測(cè)報(bào)信息未經(jīng)預(yù)處理之前就進(jìn)行信息的綜合和分析。其優(yōu)點(diǎn)是保持了盡可能多的戰(zhàn)場(chǎng)信息. 其缺點(diǎn)是處理的信息量大, 所需時(shí)間長(zhǎng), 實(shí)時(shí)性差。這種融合通常用于: 多源圖像復(fù)合、圖像分析和理解; 同類(同質(zhì)) 雷達(dá)波形的直接合成以改善雷達(dá)信號(hào)處理的。 ● 特征級(jí)融合特征級(jí)融合屬于融合的中間層次, 兼顧了數(shù)據(jù)層和決策層的優(yōu)點(diǎn). 它利用從傳感器的原始信息中提取的特征信息進(jìn)行綜合分析和處理。也就是說, 每種傳感器提供從觀測(cè)數(shù)據(jù)中提取的有代表性的特征, 這些特征融合成單一的特征向量, 然后運(yùn)用模式識(shí)別的方法進(jìn)行處理. 這種方法對(duì)通信帶寬的要求較低, 但由于數(shù)據(jù)的丟失使其準(zhǔn)確性有所下降。 ● 決策級(jí)融合將多個(gè)傳感器的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行融合. 這一層融合是在高層次上進(jìn)行的, 融合的結(jié)果為指揮控制決策提供依據(jù)。決策層融合的優(yōu)點(diǎn)是: 具有很高的靈活性, 系統(tǒng)對(duì)信息傳輸帶寬要求較低;能有效地融合反映環(huán)境或目標(biāo)各個(gè)側(cè)面的不同類型信息, 具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性; 通信容量小, 抗干擾能力強(qiáng); 對(duì)傳感器的依賴性小, 傳感器可以是異質(zhì)的; 融合中心處理代價(jià)低。3．2多傳感器信息融合的結(jié)構(gòu) 多傳感器信息融合的結(jié)構(gòu)模型主要有4 種形式：集中式、分布式、混合式和分級(jí)式。集中式結(jié)構(gòu)中所有傳感器將原始信息傳輸?shù)饺诤现行? 由中央處理設(shè)施統(tǒng)一處理. 集中式融合的最大優(yōu)點(diǎn)是信息損失最小, 但數(shù)據(jù)互聯(lián)較困難。并且它只有當(dāng)接受到來自所有的傳感器信息后, 才對(duì)信息進(jìn)行融合，所以, 通信負(fù)擔(dān)重, 融合速度慢，系統(tǒng)的生存能力也較差。分布式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：每個(gè)傳感器的信息進(jìn)入融合以前，先由它自己的數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行處理。融合中心依據(jù)各局部檢測(cè)器的決策, 并考慮各傳感器的置信度, 然后在一定準(zhǔn)則下進(jìn)行分析綜合,做出最后的決策。在分布式多傳感器信息融合系統(tǒng)中, 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的處理單元, 不必維護(hù)較大的集中數(shù)據(jù)庫(kù), 都可以對(duì)系統(tǒng)作出自己的決策, 融合速度快, 通信負(fù)擔(dān)輕, 不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)傳感器的失效而影響整個(gè)系統(tǒng)正常工作，所以, 它的具有較高的可靠性和容錯(cuò)性, 但由于信息壓縮導(dǎo)致信息丟失, 因而會(huì)影響融合精度。混合式結(jié)構(gòu)同時(shí)傳輸探測(cè)信息和經(jīng)過局部節(jié)點(diǎn)處理后的信息，它保留了上述兩類結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，但在通信和計(jì)算上要付出昂貴的代價(jià)。分級(jí)式結(jié)構(gòu)又分為有反饋結(jié)構(gòu)和無反饋結(jié)構(gòu)，在分級(jí)融合中, 信息從低層到高層逐層參與處理, 高層節(jié)點(diǎn)接收低層節(jié)點(diǎn)的融合結(jié)果, 在有反饋時(shí), 高層信息也參與低層節(jié)點(diǎn)的融合處理。分級(jí)融合結(jié)構(gòu)各傳感器之間是一種層間有限聯(lián)系, 其計(jì)算和通信負(fù)擔(dān)介于集中式結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)之間。3．3多傳感器信息融合的方法信息融合雖然是一門年輕的新興學(xué)科，但從誕生之日起就表現(xiàn)出旺盛的活力，30年來基于各種理論的方法層出不窮。根據(jù)目前的研究成果，這些方法可以歸納為五類。 ● 概率統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)類：包括最大似然法、貝葉斯方法等，用于目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別、分類，航跡融合； ● 不確定性數(shù)學(xué)類：主要是Dempster-Shafer（簡(jiǎn)稱D-S）證據(jù)推理方法； ● 模糊數(shù)學(xué)類； ● 智能理論類：包括人工智能、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工生命及其綜合； ● 基于隨機(jī)集與關(guān)系代數(shù)類。 4 多傳感器信息融合的體系結(jié)構(gòu)4．1感器信息融合系統(tǒng)作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu) 多傳感器信息融合系統(tǒng)功能體系結(jié)構(gòu)立足于融合可信，按需分配的要求，瞄準(zhǔn)未來信息化戰(zhàn)場(chǎng)需求,著眼于提高信息采集和信息融合能力,突破以往多傳感平臺(tái)只限于單平臺(tái)多傳感部件的概念,將各種雷達(dá)，電子對(duì)抗，部隊(duì)偵察，技術(shù)偵察和航天偵察裝備作為戰(zhàn)場(chǎng)多傳感平臺(tái)系統(tǒng),以綜合集成的方式運(yùn)用,全面提高部隊(duì)信息化作戰(zhàn)能力。基于信息融合的信息化戰(zhàn)場(chǎng)多傳感平臺(tái)的作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 系統(tǒng)作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)圖4．2多傳感器信息融合系統(tǒng)功能體系結(jié)構(gòu)。從多傳感平臺(tái)作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)圖可看出,隨著融合處理層次的提高,融合處理結(jié)果的抽象層次也隨之提高.。通過這種多層次的信息融合,實(shí)現(xiàn)信息化戰(zhàn)場(chǎng)各傳感平臺(tái)(裝備) 在目標(biāo)分類、跟蹤與識(shí)別、態(tài)勢(shì)評(píng)估、威脅估計(jì)等方面的功能.。多傳感平臺(tái)面向結(jié)果的功能體系結(jié)構(gòu)如圖 2所示。一級(jí)處理相當(dāng)于最低層次的數(shù)據(jù)級(jí)融合。它對(duì)來自于同等量級(jí)的傳感器原始數(shù)據(jù)直接進(jìn)行融合，有了融合的傳感器數(shù)據(jù)之后就可以完成像單傳感器一樣的識(shí)別處理過程。二級(jí)處理相當(dāng)于中間層次的特征級(jí)融合。它利用從傳感平臺(tái)的原始信息中提取的特征信息進(jìn)行綜合分析和處理。二級(jí)處理可實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)信息的大幅壓縮,有利于實(shí)時(shí)處理,融合結(jié)果能最大限度地給出作戰(zhàn)決策分析所需的特征信息. 三級(jí)處理相當(dāng)于最高層次的決策級(jí)融合，融合結(jié)果為作戰(zhàn)指揮控制決策提供依據(jù)。 5 結(jié)束語(yǔ) 信息融合技術(shù)正在迅猛發(fā)展，滲透到現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)的各個(gè)領(lǐng)域。如何恰當(dāng)和充分地利用這一技術(shù)概念進(jìn)行信息處理，從而增強(qiáng)部隊(duì)的戰(zhàn)斗力，還有諸多課題，算法需要探索和研究。但是毫無疑問的是，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，信息融合技術(shù)必將在現(xiàn)代化中發(fā)揮越來越重要的作用。: 回答者：網(wǎng)友

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