【正文】 下，進(jìn)行仿真實驗，驗證了算法的可行性。第五章 在航跡關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，對目標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行融合處理，總結(jié)分析了常見的集中式和分布式融合算法，以及對無反饋最優(yōu)分布式航跡融合算法編程實現(xiàn)，并模擬多批航路，通過仿真實驗來驗證算法的可靠性。第六章 總結(jié)論文的研究工作，指出論文的不足之處并對今后的研究方向做出展望。 碩士論文 多傳感器多目標(biāo)航跡關(guān)聯(lián)與融合算法研究 72 多傳感器多目標(biāo)信息融合理論基礎(chǔ) 碩士論文 82 多傳感器多目標(biāo)信息融合理論基礎(chǔ)信息融合是 20 世紀(jì) 70 年代提出來的，在 80 年代形成和發(fā)展起來的一種自動化信息綜合處理技術(shù)。它充分利用多源的信息的冗余互補(bǔ)性和電子計算機(jī)的高速運(yùn)算與智能處理來提高結(jié)果信息的質(zhì)量。隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展，且日趨緊密地互相結(jié)合，加之軍事應(yīng)用的特殊迫切需求，作為信息處理的新興技術(shù)——信息融合技術(shù)，在近 10 年中得到了驚人的發(fā)展并已進(jìn)入諸多軍事應(yīng)用領(lǐng)域。由于在軍用和民用都有廣闊的應(yīng)用潛力，各國政府和科研院所都投入大量的人力、物力、財力進(jìn)行廣泛的研究。本章就對信息融合的定義、模型結(jié)構(gòu)、技術(shù)方法等一一介紹，為論文的后續(xù)研究打下理論基礎(chǔ)。 信息融合的定義近二十年來，信息融合技術(shù)得到了普遍的應(yīng)用與發(fā)展，融合一詞幾乎不被限制地被眾多領(lǐng)域所引用，正由于應(yīng)用范圍的廣泛性和多樣性，各個研究領(lǐng)域會按照自己的理解給出不同的定義，從而很難給出一個統(tǒng)一的定義。由于信息融合最早用于軍事領(lǐng)域，目前能被普遍接受的有關(guān)信息融合的定義，是1991 年由美國三軍組織實驗室理事聯(lián)合會 JDL（Joint Directors of Laboratories）提出來的 [25]，并于 1994 年由澳大利亞 DSTO 加以擴(kuò)展的。它把信息融合定義為一個處理探測、互聯(lián)、相關(guān)、估計以及組合多源信息和數(shù)據(jù)的多層次多方面的過程，以便獲得準(zhǔn)確的狀態(tài)和身份估計、完整而及時的戰(zhàn)場態(tài)勢和威脅估計，為指揮員提供有用的決策信息。根據(jù)國外研究成果，也有專家學(xué)者把信息融合這樣確切的概括：信息融合是利用計算機(jī)技術(shù)將來自多個傳感器或多源的觀測信息進(jìn)行分析、綜合處理，從而得出決策和估計任務(wù)所需的信息的處理過程。也可以這么認(rèn)為，信息融合是指把多個同類或異類的信息源所提供的局部觀測量加以綜合，消除信息之間的冗余和矛盾，利用信息的互補(bǔ)，形成對環(huán)境的相對完整一致的感知描述，其目的是獲得精確的被測目標(biāo)的狀態(tài)、一致性估計、完整的實時評價。綜合考慮以上兩個定義，可以把信息融合簡單地定義為將來自多傳感器或多源的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，從而得到更為準(zhǔn)確可信的結(jié)論。由于早期的融合方法是針對數(shù)據(jù)的，也有文獻(xiàn)把信息融合叫做數(shù)據(jù)融合，但其內(nèi)涵更廣泛、更確切、更合理，也更具有概括性。不僅包括數(shù)據(jù)，而且包括了信號和知識。碩士論文 多傳感器多目標(biāo)航跡關(guān)聯(lián)與融合算法研究 9 信息融合的基本原理人是一個很復(fù)雜并且自適應(yīng)能力很強(qiáng)的多源信息融合系統(tǒng)。多源信息融合的原理就如同人感知世界萬物一樣，人的各個器官比如耳、眼、鼻子、嘴巴等就是多個功能不同的傳感器，人自然而然地把這些多傳感器感知的信息進(jìn)行組合起來，并使用先驗知識去估計周圍環(huán)境和正在發(fā)生的各種各樣的事情。單靠單一的感知器官，對事物的估計常會出現(xiàn)偏差甚至錯誤， “盲人摸象”的故事就是這個道理。由于人類感知器官具有不同的度量特征，因而可以感知出不同范圍內(nèi)的物理現(xiàn)象，這一過程是非常復(fù)雜的，但也是自適應(yīng)的。把各種信息或者知識轉(zhuǎn)化為對周圍環(huán)境的有價值的解釋，需要對各個傳感器觀測的信息綜合支配與利用，以及適合于解釋集成信息的知識庫。我們所研究的多源信息融合系統(tǒng)，實際上就是對人腦綜合處理復(fù)雜問題的一種功能模擬。在模仿人腦處理問題的信息融合系統(tǒng)中，各種傳感器(感知器官)所提供的信號具有不同的特征：可能是快變的或者緩變的，精確的或者模糊的，實時的或者離線的，甚至相互促進(jìn)或者相互矛盾的。綜上可知，多源信息融合的基本原理就是充分利用每部傳感器提供的信息資源，再加上對人工觀測信息的合理支配和使用，依照某種優(yōu)化準(zhǔn)則將這些互補(bǔ)或者對立的信息資源組合起來，就如同人腦對周圍事物的認(rèn)知一樣，最后得到對觀測對象的一致性解釋和描述。其目標(biāo)是通過對各傳感器檢測出的信息進(jìn)行優(yōu)化組合而不是利用單個傳感器所測得的單一信息，推導(dǎo)出更多有效的信息，得到最佳組合結(jié)果。即利用多個傳感器聯(lián)合處理信息的優(yōu)勢，提高整個系統(tǒng)的有效性。 信息融合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息融合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究包含兩部分，即信息融合的層次結(jié)構(gòu)和信息融合的體系結(jié)構(gòu)。下面將這兩種融合結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單闡述。 信息融合的層次結(jié)構(gòu)在多傳感器信息融合模型結(jié)構(gòu)中，可以根據(jù)數(shù)據(jù)和處理過程的分辨率來對融合結(jié)構(gòu)分類，一般可分為三層：像素層融合，特征層融合，決策層融合 [3]。(1)像素層融合 所謂像素層融合是指把經(jīng)過各傳感器最低程度處理的像素數(shù)據(jù)或者以一塊為單位的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合。來自各傳感器或同一傳感器的不同信道的數(shù)據(jù)在融合前一般不進(jìn)行很多處理。(2)特征層融合從每個傳感器數(shù)據(jù)中提取出代表傳感器視野中目標(biāo)的特征數(shù)據(jù)，然后把各目標(biāo)的特征數(shù)據(jù)又融合成一個新的綜合特征。一個特征融合的例子就是把來自單個傳感器的特征向量頭尾串聯(lián)起來，形成一個“更長” 的特征向量，然后輸入給某個分類器。2 多傳感器多目標(biāo)信息融合理論基礎(chǔ) 碩士論文 10(3)決策層融合在這種融合方法中，每個傳感器處理自己接收到的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對目標(biāo)的檢測與分類，然后再把各自的結(jié)果輸入給一個融合算法進(jìn)行決策。 信息融合的體系結(jié)構(gòu)信息融合體系結(jié)構(gòu)不同，可能在其性能上就會有很大的區(qū)別。根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)在送入融合中心之前已經(jīng)處理的程度分類，一般可分為三大類：集中式、分布式和混合式 [2627]。(1)集中式融合結(jié)構(gòu)集中式融合是將各傳感器節(jié)點的量測數(shù)據(jù)經(jīng)過最小程度處理后送至唯一的融合中心，在那里進(jìn)行數(shù)據(jù)對準(zhǔn)、點跡相關(guān)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、綜合跟蹤等融合處理。此方法的優(yōu)點是信息損失量小，能優(yōu)化目標(biāo)的航跡及位置估計，因此融合結(jié)果是最優(yōu)的。但是這種結(jié)構(gòu)對融合中心處理器的性能要求太高，計算負(fù)擔(dān)大，系統(tǒng)生存能力也較差，此方法在工程中很難實現(xiàn)。圖 給出了一個簡單的集中式融合結(jié)構(gòu)框圖。融合中心傳感器 N傳感器 2傳感器 1圖 集中式融合結(jié)構(gòu)(2)分布式融合結(jié)構(gòu) 分布式融合就是每個傳感器有自己的局部處理器，把處理過的信息送至融合中心，中心根據(jù)各局部傳感器傳送的航跡數(shù)據(jù)完成航跡關(guān)聯(lián)、狀態(tài)融合，以形成全局估計。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是對傳感器信息進(jìn)行了壓縮處理，降低了對通信帶寬的要求，另外可靠性高，工程易于實現(xiàn)。這類系統(tǒng)很普遍，尤其是在現(xiàn)代作戰(zhàn)系統(tǒng)中，不僅具有局部跟蹤能力，還具有全局監(jiān)視特性。此外，由于各個局部節(jié)點在融合系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中傳送的是經(jīng)濾波后的估計結(jié)果，因此網(wǎng)絡(luò)負(fù)載比集中式要小得多，從而使系統(tǒng)的工作量非常均衡，系統(tǒng)效率也很高。因此分布式融合成為融合系統(tǒng)首選的結(jié)構(gòu)。然而由于融合中心得到的數(shù)據(jù)是經(jīng)過各局部節(jié)點處理過的，因此不可避免地造成信息的損失，其跟蹤性能較集中式差。圖 為最常見的分布式融合結(jié)構(gòu)。碩士論文 多傳感器多目標(biāo)航跡關(guān)聯(lián)與融合算法研究 11融合中心傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點傳感器傳感器傳感器圖 分布式融合結(jié)構(gòu)(3)混合式融合結(jié)構(gòu) 混合式是集中式與分布式的一種綜合，典型的混合式融合式結(jié)構(gòu)見圖 。傳送到融合中心的數(shù)據(jù)可能是原始傳感器測量數(shù)據(jù)，也可能是經(jīng)過傳感器經(jīng)過局部節(jié)點處理過的數(shù)據(jù)，它可以在通信帶寬、處理速度、跟蹤精度上得以取得平衡，它保留了上述兩類結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，其不足之處就是加大了數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜程度，代價成本較高，并且需要提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，一般常在大型融合系統(tǒng)中運(yùn)用。 融合中心傳感器傳感器節(jié)點傳感器節(jié)點傳感器傳感器傳感器圖 混合式融合結(jié)構(gòu) 信息融合的技術(shù)與應(yīng)用 信息融合的基本技術(shù)和方法信息融合是一門跨學(xué)科、涉及范圍廣的綜合處理技術(shù)，不是一門單一的技術(shù)，實際上是傳統(tǒng)學(xué)科和新技術(shù)的融合與應(yīng)用。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。目前常采用的主要技術(shù)有以下幾種：(1)基于統(tǒng)計理論的方法 包括經(jīng)典推理、DS 證據(jù)理論、貝葉斯技術(shù)以及支持向量機(jī)理論等(2)基于估計理論方法2 多傳感器多目標(biāo)信息融合理論基礎(chǔ) 碩士論文 12包括極大似然估計、最小二乘法、卡爾曼濾波(3)基于信息論的多傳感器信息融合技術(shù)包括聚類分析理論、熵理論、表決法等(4)基于認(rèn)識模型的多傳感器信息融合技術(shù) 主要涉及到模糊集理論和邏輯模板法(5)智能信息融合技術(shù) 主要涉及到 AI 技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、專家系統(tǒng)(6)分布式和并行處理技術(shù)雖然目前有一大批研究成果，但是信息融合技術(shù)發(fā)展還不完善，當(dāng)前制約多傳感器信息融合技術(shù)深入發(fā)展的因素有三 [28]：(1)信息來源種類的高度相異性、涉及內(nèi)容的模糊性；(2)多源信息和任務(wù)本身所固有的復(fù)雜性；(3)目前還沒有統(tǒng)一的數(shù)學(xué)工具來描述信息融合系統(tǒng)； 信息融合的應(yīng)用軍事應(yīng)用是多源信息融合技術(shù)誕生的源泉，主要包括機(jī)動目標(biāo)的檢測、跟蹤、定位和識別。近年來，信息融合技術(shù)發(fā)展日趨成熟，已經(jīng)滲入到民用等眾多領(lǐng)域。目前，其主要應(yīng)用到以下幾個大系統(tǒng)：(1)軍事系統(tǒng)(2)工業(yè)控制系統(tǒng)(3)空中交通管制系統(tǒng)(4)金融系統(tǒng)(5)醫(yī)療診斷系統(tǒng)(6)監(jiān)控系統(tǒng) 本論文研究的主要問題及解決思路在多傳感器融合系統(tǒng)中，常采用集中式、分布式和混合式融合結(jié)構(gòu)，其中集中式和混合式由于自身的缺陷而在實際工程應(yīng)用中難以實現(xiàn)，而分布式結(jié)構(gòu)計算量小，靈活方便，并且可以以較低的費(fèi)用獲得較高的可靠性和可用性，故本課題采用分布式多傳感器系統(tǒng)。在分布式多傳感器系統(tǒng)中，各傳感器都有自己的信息處理系統(tǒng)，首先完成單傳感器的多目標(biāo)跟蹤，即進(jìn)行濾波得到狀態(tài)估計值和估計誤差協(xié)方差，也就是完成時間上的信息融合，接下來各傳感器把獲得的目標(biāo)航跡信息送入融合中心，并在融合中心完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、時空對準(zhǔn)，然后基于這些傳感器的目標(biāo)狀態(tài)估計進(jìn)行航跡關(guān)聯(lián)處理，最碩士論文 多傳感器多目標(biāo)航跡關(guān)聯(lián)與融合算法研究 13后對關(guān)聯(lián)成功即來自同一目標(biāo)的航跡估計進(jìn)行融合，即實現(xiàn)目標(biāo)航跡估計間的空間融合，從而得出目標(biāo)的最終航跡。本文結(jié)合實際工程項目，采用分布式雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)。采取的技術(shù)路線見圖 。 雷達(dá) 1雷達(dá) 2雷達(dá) n時空對準(zhǔn)航跡融合航跡關(guān)聯(lián)A1,XP2,A,nXPA,XP 圖 本文采取的技術(shù)路線框圖 本章小結(jié) 本章就多源信息融合的相關(guān)理論知識進(jìn)行了介紹