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多傳感器信息融合技術(shù)進行檢測

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

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現(xiàn)代化戰(zhàn)爭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現(xiàn)代化信息戰(zhàn)爭具有重要意義的一門新型學科。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)，對多傳感器信息融合系統(tǒng)技術(shù)進行了較為全面的探討關(guān)鍵詞信息戰(zhàn)爭信息融合數(shù)據(jù)級融合特征級融合決策級融合 1 引言現(xiàn)代科學技術(shù)在軍事領(lǐng)域的廣泛應用, 使得現(xiàn)代戰(zhàn)爭突破了傳統(tǒng)模式,發(fā)展成為陸、海、空、天、電磁五位一體的立體戰(zhàn)爭。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, 必須運用多傳感器提供觀測信息, 實時進行目標發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化綜合處理來獲得狀態(tài)估計、目標屬性、態(tài)勢評估、威脅估計等作戰(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，同時要求信息處理迅速及時，人腦的信息綜合處理能力已經(jīng)無法勝任，因此，一個新興的學科——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)和各種武器平臺上得到了廣泛的應用。 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 年由美國三軍政府組織——實驗室理事聯(lián)合會JDL (Joint Directors of Laboratories) 提出 , 1994 年由澳大利亞DSTO (Defense Science and Techno logy Organization) 加以擴展的。它將信息融合定義為一種多層次、多方面的處理過程, 包括對多源數(shù)據(jù)進行檢測、相關(guān)、組合和估計, 從而提高狀態(tài)和特性估計的精度, 以及對戰(zhàn)場態(tài)勢和威脅及其重要程度進行適時的完整評價.2．2信息融合的基本原理多傳感器信息融合實際上是對人腦綜合處理復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，充分利用多個傳感器資源，通過對各種傳感器及其觀測信息的合理支配與使用，將各種傳感器在空間和時間上的互補與冗余信息依據(jù)某種優(yōu)化準則組合起來，產(chǎn)生對觀測環(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，美國研究機構(gòu)在國防部的資助下，開展了聲納信號理解系統(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70年代末，在公開出版的技術(shù)文獻中開始出現(xiàn)基于多傳感器信息綜合意義的融合一詞。1988年，美國國防部把信息融合技術(shù)列為90年代重點研究開發(fā)的二十項關(guān)鍵技術(shù)之一，且列為最優(yōu)先發(fā)展的A類。美國三軍政府組織——實驗室理事聯(lián)席會（JDL）下設(shè)的C3技術(shù)委員會（TP C3）專門成立了信息融合專家組來組織和指導有關(guān)的工作。有人統(tǒng)計, 1991 年美國已有54 個數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)引入到軍用電子系統(tǒng)中去, 其中87% 已有試驗樣機、試驗床或已被應用。目前世界上主要軍事大國都競相開始投入大量人力、物力和財力進行信息融合技術(shù)的研究，安排了大批研究項目，并已取得大量研究結(jié)果。到目前為止，美、英、德、法、意、日、俄等國已研制出上百個軍用信息融合系統(tǒng)，比較典型的有：TCAC——戰(zhàn)術(shù)指揮控制，BETA——戰(zhàn)場利用和目標截獲系統(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/雷達瞄準系統(tǒng)，AMSVI——自動多傳感器部隊識別系統(tǒng)，TRWDS——目標獲取核武器輸送系統(tǒng)，AIDD——炮兵情報數(shù)據(jù)融合和ANALYST——地面部隊戰(zhàn)斗態(tài)勢評定系統(tǒng)等。國內(nèi)關(guān)于信息融合技術(shù)的研究則起步相對較晚。20世紀80年代初，人們開始從事多目標跟蹤技術(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)研究的報道。當時，人們對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90年代初，這一領(lǐng)域在國內(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，也有幾部信息融合領(lǐng)域的學術(shù)專著和譯著出版。到了20世紀90年代中期，信息融合技術(shù)在國內(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，許多學者致力于機動目標跟蹤、分布監(jiān)測融合、多傳感器跟蹤與定位、分布信息融合、目標識別與決策信息融合、態(tài)勢評估與威脅估計等領(lǐng)域的理論及應用研究，相繼出現(xiàn)了一批多目標跟蹤系統(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，預計21世紀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)級融合，特征級融合和決策級融合。 ● 數(shù)據(jù)級融合數(shù)據(jù)級融合又稱像素級融合, 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) 進行融合, 在各種傳感器的原始測報信息未經(jīng)預處理之前就進行信息的綜合和分析。其優(yōu)點是保持了盡可能多的戰(zhàn)場信息. 其缺點是處理的信息量大, 所需時間長, 實時性差。這種融合通常用于: 多源圖像復合、圖像分析和理解; 同類(同質(zhì)) 雷達波形的直接合成以改善雷達信號處理的。 ● 特征級融合特征級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. 它利用從傳感器的原始信息中提取的特征信息進行綜合分析和處理。也就是說, 每種傳感器提供從觀測數(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, 然后運用模式識別的方法進行處理. 這種方法對通信帶寬的要求較低, 但由于數(shù)據(jù)的丟失使其準確性有所下降。 ● 決策級融合將多個傳感器的識別結(jié)果進行融合. 這一層融合是在高層次上進行的, 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)點是: 具有很高的靈活性, 系統(tǒng)對信息傳輸帶寬要求較低;能有效地融合反映環(huán)境或目標各個側(cè)面的不同類型信息, 具有很強的容錯性; 通信容量小, 抗干擾能力強; 對傳感器的依賴性小, 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)點是信息損失最小, 但數(shù)據(jù)互聯(lián)較困難。并且它只有當接受到來自所有的傳感器信息后, 才對信息進行融合，所以, 通信負擔重, 融合速度慢，系統(tǒng)的生存能力也較差。分布式結(jié)構(gòu)的特點是：每個傳感器的信息進入融合以前，先由它自己的數(shù)據(jù)處理器進行處理。融合中心依據(jù)各局部檢測器的決策, 并考慮各傳感器的置信度, 然后在一定準則下進行分析綜合,做出最后的決策。在分布式多傳感器信息融合系統(tǒng)中, 每個節(jié)點都有自己的處理單元, 不必維護較大的集中數(shù)據(jù)庫, 都可以對系統(tǒng)作出自己的決策, 融合速度快, 通信負擔輕, 不會因為某個傳感器的失效而影響整個系統(tǒng)正常工作，所以, 它的具有較高的可靠性和容錯性, 但由于信息壓縮導致信息丟失, 因而會影響融合精度。混合式結(jié)構(gòu)同時傳輸探測信息和經(jīng)過局部節(jié)點處理后的信息，它保留了上述兩類結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，但在通信和計算上要付出昂貴的代價。分級式結(jié)構(gòu)又分為有反饋結(jié)構(gòu)和無反饋結(jié)構(gòu)，在分級融合中, 信息從低層到高層逐層參與處理, 高層節(jié)點接收低層節(jié)點的融合結(jié)果, 在有反饋時, 高層信息也參與低層節(jié)點的融合處理。分級融合結(jié)構(gòu)各傳感器之間是一種層間有限聯(lián)系, 其計算和通信負擔介于集中式結(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)計數(shù)學類：包括最大似然法、貝葉斯方法等，用于目標探測、識別、分類，航跡融合； ● 不確定性數(shù)學類：主要是Dempster-Shafer（簡稱D-S）證據(jù)推理方法； ● 模糊數(shù)學類； ● 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，瞄準未來信息化戰(zhàn)場需求,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只限于單平臺多傳感部件的概念,將各種雷達，電子對抗，部隊偵察，技術(shù)偵察和航天偵察裝備作為戰(zhàn)場多傳感平臺系統(tǒng),以綜合集成的方式運用,全面提高部隊信息化作戰(zhàn)能力?；谛畔⑷诤系男畔⒒瘧?zhàn)場多傳感平臺的作戰(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,實現(xiàn)信息化戰(zhàn)場各傳感平臺(裝備) 在目標分類、跟蹤與識別、態(tài)勢評估、威脅估計等方面的功能.。多傳感平臺面向結(jié)果的功能體系結(jié)構(gòu)如圖 2所示。一級處理相當于最低層次的數(shù)據(jù)級融合。它對來自于同等量級的傳感器原始數(shù)據(jù)直接進行融合，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別處理過程。二級處理相當于中間層次的特征級融合。它利用從傳感平臺的原始信息中提取的特征信息進行綜合分析和處理。二級處理可實現(xiàn)戰(zhàn)場信息的大幅壓縮,有利于實時處理,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. 三級處理相當于最高層次的決策級融合，融合結(jié)果為作戰(zhàn)指揮控制決策提供依據(jù)。 5 結(jié)束語信息融合技術(shù)正在迅猛發(fā)展，滲透到現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的各個領(lǐng)域。如何恰當和充分地利用這一技術(shù)概念進行信息處理，從而增強部隊的戰(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，隨著計算機技術(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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