第一章 多信息融合技术概论

非电信息
电信号
7
传感器的普遍性
8
胶片式“电子警察” 、数码式“电子警察” 、视频式“电 子警察”；压力或磁电传感器，两个脉冲信号，触发拍照系 统进行拍照。
9
全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水 电阻传感器(衣物烘干检测)。
10
温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度) 液位传感器，
成的一组假设等。
• 态势评定的输出在理论上是所考虑的各种假设的条件概率。
32
1.数据统合的一般处理模型
第三级处理：影响评估（impact assessment）
影响评估是将当前态势映射到未来，对参与者设想或预测
行为的影响进行评估。
在军事领域即指威胁估计（threat assessment），是一种 多层视图处理过程，用以解释对武器效能的估计，以及有 效地扼制敌人进攻的风险程度。 此外，威胁估计还包括通过汇集技术和军事条令数据库中
了关键作用。
15
声呐
SONAR（sound navigation
and ranging ），声音导航测距
声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术，用于对水下目 标进行探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航，保障 舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。 按工作方式可分为 主动声呐：主动地发射水声信号，然后收测回波进行计算。 如蝙蝠 被动声呐：声呐被动接收舰船等水中目标产生的辐射噪声
1986年美国空袭利比亚的“外科手术式”的战争，整个空袭行动只用了18 分钟，其中攻击主要目标的持续时间仅11分钟。
1989年美军入侵巴拿马战争的主要作战，只用了15个小时。
1991年海湾战争和1999年的科索沃战争的规模较大，持续时间也不过42 天和78天。而海湾战争的地面作战仅100个小时。这其中，C3I系统发挥
资源的最优分配，以支持特定的任务目标，并最终提高整
个实时系统的性能。 难点：如何对系统特定任务目标以及限制条件进行建模和 优化，以平衡有限的系统资源，如计算机的运算能力以及 通信带宽等。当前，利用效用理论来开发系统性能及效率 模型，以及利用基于知识的方法来开发基于上下文环境的 近似推理是研究的重点。
5
1.什么是传感器 人与机器的机能对应关系图
外 界 对 象
感官
人脑
肢体
传感器
微处理器
执行器
6
人的感觉器官与对应的传感器：
眼——— 光敏传感器 耳——— 声敏传感器 鼻——— 气敏传感器 舌——— 味觉传感器 传感器就是能感知外界信
息并能按一定规律将这些
信息转换成可用信号的器 件或装置。
皮肤—— 压敏、热敏、湿敏传感器
要处理分类和 级别的融合过程提供辅助决策信息。 组合等问题
传感器1 预处理 数据配准 跟 踪 门 数据 关联
定位运动 身份估计：处理 学/属性参 的是实体属性信 数估计
息的表征与描述
传感器1
预处理
数据配准
身份估计 传感器1 预处理 数据配准 ＊量测文件 ＊传感器信息 ＊航迹文件
一级处理中的对象评估模型
和水声设备发射的信号，以测定目标的方位。如飞蛾
16
机器人
机器人主要由各种传感器、控制和信息融合计算机以及机械手等部件组成。 典型的多传感器系统，机器人进行工作的技术核心就是传感器信息融合。
机器人的自主移动是建立在视觉传感 器、测距传感器和超声波传感器信息 融合的基础上；
机械手装配作业是建立在视觉传感器、
电荷藕合器件图像传感器CCD
（Charge Coupled Device），
由高感光度的半导体材料制成， 能把光线转变成电荷，通过模数
转换器芯片转换成数字信号，数
字信号经过压缩以后由相机内部 的闪速存储器或内置硬盘卡保存，
因而可以轻而易举地把数据传输
摄象头:CCD传感器
给计算机，并借助于计算机的处 理手段，根据需要和想像来修改
数据预处理 一级处理 目标评估 二级处理 态势评估 三级处理 影响评估
数 据 源
数据库管理系统 四级处理 过程评估 支持数据库 融合数据库
人际接口 机
数据融合模型
30
1.数据统合的一般处理模型 数据配准：就是将时域上不同步，
空域上属于不同坐标系的多源观测 第一级处理：目标评估（ object assessment） 数据进行时空对准，从而将多源数 据纳入一个统一的参考框架中，为 主要功能包括数据配准、数据关联、目标位置和运动学 数据关联：主 数据融合的后期工作做铺垫。 参数估计，以及属性参数估计、身份估计等，其结果为更高
例如，一个人到一个黑屋子中去取一只闹钟 ，他进屋后要
“尽量地”看，要“拼命地”听，要用手去触摸，以确定闹 钟的方向和位置。他对闹钟的定位，是通过综合各种信息进 行的。
20
3.数据融合的定义
从军事应用的角度看，多传感器数据融合可以这样来定义: 所谓多传感器数据融合就是人们通过对空间分布的多源信 息——各种传感器的时空采样，对所关心的目标进行检测、 关联（相关）、跟踪、估计和综合等多级多功能处理，以
雷达，发收电磁波，主动雷达，被动雷达；波长短，预警
雷达，火控雷达 声音传感器是以空气、水和大地作为传播媒质的，相应的 应用领域包括飞机、坦克及其他车辆的探测与识别，水下 各类潜艇的探测和地震信号的记录与分析等。
13
C3I
Communication，Command，Control and Intelligence systems 指挥自动化技术系统，用电子计算机将指挥、控制、通信和情报各分
4
1.1 数据融合的目的
另外，现在战略监测和自主武器系统的性能及部署速度 都要求开发全新的数据处理技术。现代战争威胁的多样 化和复杂化导致对传统数据和信号处理系统提出了更高 的要求。
因此必须从大量的可移动的和活动的传感器台站收集数
据并加以融合，将人工方法不能进行检测的和提出的微 弱信号进行多元信息融合处理。
26
的观测结果进行数据融合
时，要考虑数据融合的时 间性。
时空性的处理方法
为获得观测目标的准确状态，同时考虑数据融合的时 间性与空间性。 实现方法： ①先对各传感器不同时间的观测值集进行融合，得出
每个传感器对目标状态的估计，然后将各个传感器的估计
进行空间融合，从而得到目标状态的最终估计。
27
②在同一时间对不同空间位置的各传感器的观测值进 行融合，得出各不同时间的观测目标估计，然后对不同时 间的观测目标估计按时间顺序进行融合，得出最终状态。
的数据，对我军要害部位受敌人攻击时的脆弱性做出估计，
以及对作战事件出现的程度和可能性进行估计，并对敌方 作战企图给出指示和告警。
33
1.数据统合的一般处理模型
第四级处理：过程评估（process assessment） 过程评估是一个更高级的处理阶段。
通过建立一定的优化指标，对整个融合过程进行实时监控 与评价，从而实现多传感器自适应信息获取和处理，以及
24
多传感器观测值在时空上的排列
25
数据融合的时间性与空间性问题
时空性是目标运动状态的观测的主要问题： 数据融合的时间性
• 按时间先后对观测目标在
数据融合的空间性
• 对同一时刻不同空间位置
不同时间的观测值进行融
合。 • 利用单传感器在不同时间
的多传感器观测值进行数
据融合。 • 利用多传感器在同一时刻 的观测结果进行数据融合 时，要考虑数据融合的空 间性。
22
3.数据融合的定义
技术定义：
充分利用不同时间与空间的多传感器数据资源，采用 计算机技术按时间序列获得多传感器的观测数据，在
一定准则下进行分析、综合、支配和使用。获得对被
测对象的一致性解释与描述，进而实现相应的决策和 估计，使系统获得比它各组成部分更为充分的信息。
该定义的重点：Biblioteka 方法：分析、综合、支配、使用；
更高的精度、较高的概率或置信度得到人们所需要的目标
状态和身份估计，以及完整、及时的态势和威胁评估，为 指挥员提供有用的决策信息。
21
3.数据融合的定义
功能定义：
将来自多个信息源的数据进行相关、整合，以获得目标 精确的位置、身份，最后对目标进行完整精确的评价
该定义的重点：
多个传感器对同一目标进行测量 重点是融合：相关、整合 目的：状态、身份、威胁估计等
31
1.数据统合的一般处理模型
第二级处理：态势评估（situation assessment） 态势评估是对整个态势的抽象和评定。
态势抽象就是根据不完整的数据集构造一个综合的态势表 示，从而产生实体之间一个相互联系的解释。 态势评定则关系到对产生观测数据和事件态势的表示和理 解。
• 态势评定的输入包括事件检测、状态估计以及为态势评定所生
③同时考虑数据融合的时间性与空间性，即上述两个
同时进行，可以减少信息损失，提高数据融合系统的实时 性。但同时进行的难度大，只适合于大型多计算机的数据 融合系统。
28
1.2数据融合的理论基础
1.数据融合的一般处理模型
功能模型从融合过程出发，描述数据融合包括哪些主要功 能、数据库，以及进行数据融合时系统各组成部分之间的 相互作用过程。
图像。
11
美国火星车“Sojourner”（索杰纳）号上用QCM来检测 太阳能电池板上的灰尘堆积情况。
12
雷达
C3I(军事指挥自动化系统)系统所用传感器的种类很多，但 它们是以雷达、电子情报机（ELINT)、电子支援测量系 统（ESM）、声音、红外等传感器为主， 再辅以其他类 型的传感器，在整个三维空间形成一个传感器网阵。
随着系统的复杂性日益提高，依靠单个传感器对物理量 进行监测显然限制颇多。 因此在故障诊断系统中使用多传感器技术进行多种特征 量的监测(如振动、温度、压力、流量等)，并对这些传感