河海大学 《信息获取与处理》
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20
z
Information Acquisition & Processing Technology
（2）为了某些特殊应用，需要把传感器工作
频率设定在一些特殊频段上 例如
z z z
为天气预报而设计的传感器 保密通信系统 工作频率一般处在被大气强吸收的频段，如 60GHz，这样做是为了防止信号传输太远的距离， 并且也不易被截取
z
例如，现代的作战飞机普遍都装有多种先进的传感 器，比如敌我识别器（IFF），合成孔径雷达 （SAR），电子支援系统（ESM），前视红外雷达 （FLIR）等等。
17
Information Acquisition & Processing Technology
天气预报
z
气象卫星将结合毫米波、微波、红外及可见光等传 感器对大气层的水蒸气、降雨量、云层覆盖情况、 风暴轨迹、海况、积雪情况以及风速等信息进行综 合，最后得出温度和水汽的分布数据 LANDSAT的卫星使用可见光和红外传感器来提供 有关作物的种类、生长情况、病虫害及耕作情况等 信息
6
传感器获得的信号及数据与下列因素有关
传感器接收能量的类型 传感器的工作类型，即主动式或被动式，以及传感器 工作的中心频率、极化情况、带宽及入射角等 传感器对应于目标尺寸的空间分辨率 目标与传感器的运动状态 恶劣天气、杂乱回波及反测量的影响
Information Acquisition & Processing Technology
Information Acquisition & Processing Technology
25
自动目标识别中使用多传感器数据实现传感器 级数据融合
Information Acquisition & Processing Technology
26
4.多传感器系统的比较优势
在目标信号被抑制时，多传感器系统能做到具有较高的检测率
8
Information Acquisition & Processing Technology
2.多传感器系统需求及应用分析 （1）使用多个传感器，收集来自多种物理现
象产生的信号，可以比较容易地实现对目标的 辨识 通过使用足够宽的电磁波频率范围，即使在恶 劣天气、密集回波和干扰环境下，我们仍然可 以对目标实现相对高的检测率和分类，同时使 错误率控制在一个可以接受的范围内
大气衰减比较严重，探测距离较近 一般用在近距离探测、跟踪和识别领域
Information Acquisition & Processing Technology
14
因此，多传感器系统在多方面都有应用
智能武器通过由多个传感器获得的关于目标的实时航
迹估计及分类信息，能够实现对导弹或各种弹头的精 确制导，同时还能减少由于人工操作而带来的风险和 伤亡 使用位于不同平台的传感器(地面、空中、海上、空 间或任何组合)或者使用同一平台的多个传感器，实 现对飞机或导弹的跟踪
Information Acquisition & Processing Technology
19
（1）在选择工作频率或波长时，往往要把外
z z
形尺寸、分辨率、天气状况、大气环境、回波 情况、干扰以及价格等因素综合起来进行考虑
例如： 一个微波雷达工作在相对低频波段时，较少受大气 环境的影响，但却有相对较大的外形尺寸以及不能 提供足够高的分辨率 对于较高频率的雷达，在相同孔径条件下，尽管具 有较小的外形尺寸和相对高的分辨率，但价格也会 提高，而且易受大气环境及气象条件的影响
Information Acquisition & Processing Technology
13
红外传感器是无源传感器，它所接受到信号是目标的 红外传感器
热辐射信号 工作方式主要有两种
z z
扫描工作方式 凝视工作方式
只能测向，不能测距 非常高的方位分辨率 主要用于目标的探测、跟踪和识别 波长较短，与空气中的水滴的直径几乎成正比，因此
Information Acquisition & Processing Technology
10
（2）运用多个传感器获得的信号可以扩展信息
检测范围，从而可以提高对敏感区域目标的定 位能力
z
z
智能武器，自主式传感器在不需要人工干预的条件 下可以引导该武器攻击目标 天气预报和地球资源勘探，各窄带频段的多个接收 器装置，如主动式雷达发射器、被动式雷达接收器 以及红外和可见光传感器可以提供多种物理量的数 据，如温度、湿度、雨量、风速、暴风雨轨迹、雪 和云的覆盖情况以及作物的类型和成熟度等
等信息 红外激光雷达也能提供类似的信息，但是由于其波长较 短，所以其提供信息的分辨率要高得多 激光雷达接收到的能量中，除了含有散射物的大小、形状 和位置等信息以外，还反映了物体反射和背景反射能量的 差异这个重要信息。这个差异信息可以帮助我们把目标从 背景和其他物体中区分出来 FLIR（前视红外）主要用于提供对场景的高分辨率图像 IRST（红外搜索与跟踪）主要用于定位一个物体的“热区” 并对该“热区”进行跟踪
2
例如：声呐（Sound Navigation Ranging，SONAR）系统
利用声波在水中的传播特性，通过电声转换和信息处
理，对水下目标进行传感探测，其功能与雷达相似， 理，对水下目标进行传感探测 广泛用于水下警戒、武器射击、侦察、通信、导航、 定位、探鱼、海底矿藏勘探等
可以分为被动声纳（无源声纳）和 主动声纳（有源声 被动声纳 主动声纳
24
Information Acquisition & Processing Technology
（4）在军用领域中传感器的性能价格比是与
所摧毁的目标的价值有关的
z
多传感器系统设计的一个目标就是不管是对低价值 的目标还是高价值的目标，都要减少智能武器和跟 踪系统的成本
（5）多传感器系统的信息融合结构
统也常常工作在互相协作的模式下
z百度文库
z z
通过发射脉冲和回波到达的时间差来估计目标距离 通过测量接收声阵中两子阵间的相位差得到测定目标方位
被动声纳系统由接收声阵、接收机、预处理器、数字信号处理器、 被动声纳系统
后置数据处理器和显示控制器几部分组成 它是通过接收目标的辐射噪声探测目标并测定其参量 一般被动声纳系统只能测定目标方位，其原理和主动声纳系统相同 。被动测距声纳系统利用三子阵测量波阵面曲率来测定目标距离 声纳技术的重要发展技术之一是合成孔径声纳技术 合成孔径声纳
地球资源勘探
z
Information Acquisition & Processing Technology
18
3.多传感器系统设计 总体思路
z
当多传感器的工作频率选择得足够宽，能尽可能地 包含整个电磁波谱，而且更进一步，如果既有传感 器工作在主动(发射和接收信号)模式，又有传感器 工作在被动（仅能接收信号）模式时，来自多传感 器数据间的独立性有可能得到加强
Information Acquisition & Processing Technology
27
使用毫米波雷达和毫米波辐射计实现对目标的识别
提高对物体的识别能力
Information Acquisition & Processing Technology
28
当出现密集回波或者恶劣天气时，多传感器系
z
如：空间可见/红外成像光谱仪（AVIRIS）
Information Acquisition & Processing Technology
9
AVIRIS （Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer）
z z z z z
系统中含224个传感器 每个传感器探测特定波长，范围近似为10nm 所有传感器把380~2500nm的波长范围全部覆盖 在20km高空，图像地面分辨率为20m 扫描宽度： 11km
5
Information Acquisition & Processing Technology
一个高级的传感系统，它的检测、处
理、识别和提取等子系统，都可能是 某种智能系统 噪声背景越复杂，所需的智能水平就 越高
Information Acquisition & Processing Technology
Information Acquisition & Processing Technology
22
工作于不同电磁频段的主动式和被动式传感器 产生的目标信号
Information Acquisition & Processing Technology
23
毫米波雷达接收到的信号中，包含有散射物的尺寸及位置
Information Acquisition & Processing Technology
21
（3）传感器的工作模式
z z
z
主动式传感器，有毫米波与激光雷达等 被动式传感器，有毫米波辐射计和红外辐射计、 FLIR(前视红外)传感器以及IRST(红外搜索与跟踪) 传感器等 主动式传感器可以工作在单基地或双基地模式下
MODEL 5
多传感器系统应用及分析
1.传感器系统
最简单的传感系统可以由一个敏感元件和显示单
元组成 现代传感系统多为复杂传感系统
z
例如，雷达、声呐等
这些复杂系统必须通过一系列的复杂处理过程才
能完成信息的获取
Information Acquisition & Processing Technology
Information Acquisition & Processing Technology
12
毫米波(MMW)传感器和红外(IR)传感器 在自主式多传感器系统中经常被组合使用
毫米波是指工作频率在 30～300GHz，波长在 毫米波
1～10mm之间的电磁波
z
功能是精确测量目标的距离和 精确测量目标的距离 相对速度 z 非常高的角分辨率 z 非常高的跟踪精度和制导精度 z 不易受电子干扰 z 常用于目标的截获与识别、精确制导、火控与跟踪 以及各类防撞系统等 缺点 z 其波长几乎与大气中的小水滴直径相同，所以大气 衰减很严重，作用距离较近
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Information Acquisition & Processing Technology
（3）多个传感器能对不同的物理信号进行分别响
应，可以增加目标信号被检测到的概率
z
有时某个传感器在某些气候、回波或干扰背景下无法检测到 目标，但加上其他类型的一些传感器就可以获得该目标的数 据
z
雷达提供距离数据给具有更高分辨率的红外传感器，而这 个距离信息正是红外传感器所不能得到的。通过选择合适 的信号处理算法来组合距离数据和红外传感器提供的数 据，我们就可以得到目标的实际尺寸这一新的信息。
纳）系统两大类
水下阵列声呐
Information Acquisition & Processing Technology
侧扫声呐
主动声纳系统由发射机、声阵、接收机、预处理器、数字信号处理 主动声纳系统
器、后置数据处理器和显示控制器等几个部分组成 向水中发射声波，通过接收水下物体反射回波发现目标，并测量其 参量
7
如果事先对信号的产生过程或对可测量的“量”的性
质都清楚的话，可以设计出一个多传感器系统，该 系统能够捕捉到物理现象各个方面所具有的一些性 质 对于由多个传感器构成的多传感器系统，系统中各 传感器分别响应对应的物理属性，这时这些传感器 的输出合并融合后所得到结果就能免受恶劣天气、 杂乱回波和各种反测量等干扰因素的影响 在通常情况下，经过多传感器数据融合处理后的结 果，其精度要比单传感器系统高很多
z
能够对水下目标进行目标成像以及跟踪、识别、参数估计
Information Acquisition & Processing Technology
显示 信息 噪声 检 测 变 换 处 理 识 别 提 取 存储纪录 处 理 准 则 参 考 信 息 逻辑
检测单元判明是否存在所期望的信息 变换单元将信息变换为容易处理的形式 根据处理准则，进行处理，有效地对信息进行识别 为了识别信息，必须具有相应的参考信息或先验资料 在正确识别的基础上，把信息从噪声背景中提取出来，进 行显示或者传送、存储或利用
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Information Acquisition & Processing Technology
（2）为了某些特殊应用，需要把传感器工作
频率设定在一些特殊频段上 例如
z z z
为天气预报而设计的传感器 保密通信系统 工作频率一般处在被大气强吸收的频段，如 60GHz，这样做是为了防止信号传输太远的距离， 并且也不易被截取
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例如，现代的作战飞机普遍都装有多种先进的传感 器，比如敌我识别器（IFF），合成孔径雷达 （SAR），电子支援系统（ESM），前视红外雷达 （FLIR）等等。
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天气预报
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气象卫星将结合毫米波、微波、红外及可见光等传 感器对大气层的水蒸气、降雨量、云层覆盖情况、 风暴轨迹、海况、积雪情况以及风速等信息进行综 合，最后得出温度和水汽的分布数据 LANDSAT的卫星使用可见光和红外传感器来提供 有关作物的种类、生长情况、病虫害及耕作情况等 信息
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传感器获得的信号及数据与下列因素有关
传感器接收能量的类型 传感器的工作类型，即主动式或被动式，以及传感器 工作的中心频率、极化情况、带宽及入射角等 传感器对应于目标尺寸的空间分辨率 目标与传感器的运动状态 恶劣天气、杂乱回波及反测量的影响
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自动目标识别中使用多传感器数据实现传感器 级数据融合
Information Acquisition & Processing Technology
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4.多传感器系统的比较优势
在目标信号被抑制时，多传感器系统能做到具有较高的检测率
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Information Acquisition & Processing Technology
2.多传感器系统需求及应用分析 （1）使用多个传感器，收集来自多种物理现
象产生的信号，可以比较容易地实现对目标的 辨识 通过使用足够宽的电磁波频率范围，即使在恶 劣天气、密集回波和干扰环境下，我们仍然可 以对目标实现相对高的检测率和分类，同时使 错误率控制在一个可以接受的范围内
大气衰减比较严重，探测距离较近 一般用在近距离探测、跟踪和识别领域
Information Acquisition & Processing Technology
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因此，多传感器系统在多方面都有应用
智能武器通过由多个传感器获得的关于目标的实时航
迹估计及分类信息，能够实现对导弹或各种弹头的精 确制导，同时还能减少由于人工操作而带来的风险和 伤亡 使用位于不同平台的传感器(地面、空中、海上、空 间或任何组合)或者使用同一平台的多个传感器，实 现对飞机或导弹的跟踪
Information Acquisition & Processing Technology
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（1）在选择工作频率或波长时，往往要把外
z z
形尺寸、分辨率、天气状况、大气环境、回波 情况、干扰以及价格等因素综合起来进行考虑
例如： 一个微波雷达工作在相对低频波段时，较少受大气 环境的影响，但却有相对较大的外形尺寸以及不能 提供足够高的分辨率 对于较高频率的雷达，在相同孔径条件下，尽管具 有较小的外形尺寸和相对高的分辨率，但价格也会 提高，而且易受大气环境及气象条件的影响
Information Acquisition & Processing Technology
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红外传感器是无源传感器，它所接受到信号是目标的 红外传感器
热辐射信号 工作方式主要有两种
z z
扫描工作方式 凝视工作方式
只能测向，不能测距 非常高的方位分辨率 主要用于目标的探测、跟踪和识别 波长较短，与空气中的水滴的直径几乎成正比，因此
Information Acquisition & Processing Technology
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（2）运用多个传感器获得的信号可以扩展信息
检测范围，从而可以提高对敏感区域目标的定 位能力
z
z
智能武器，自主式传感器在不需要人工干预的条件 下可以引导该武器攻击目标 天气预报和地球资源勘探，各窄带频段的多个接收 器装置，如主动式雷达发射器、被动式雷达接收器 以及红外和可见光传感器可以提供多种物理量的数 据，如温度、湿度、雨量、风速、暴风雨轨迹、雪 和云的覆盖情况以及作物的类型和成熟度等
等信息 红外激光雷达也能提供类似的信息，但是由于其波长较 短，所以其提供信息的分辨率要高得多 激光雷达接收到的能量中，除了含有散射物的大小、形状 和位置等信息以外，还反映了物体反射和背景反射能量的 差异这个重要信息。这个差异信息可以帮助我们把目标从 背景和其他物体中区分出来 FLIR（前视红外）主要用于提供对场景的高分辨率图像 IRST（红外搜索与跟踪）主要用于定位一个物体的“热区” 并对该“热区”进行跟踪
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例如：声呐（Sound Navigation Ranging，SONAR）系统
利用声波在水中的传播特性，通过电声转换和信息处
理，对水下目标进行传感探测，其功能与雷达相似， 理，对水下目标进行传感探测 广泛用于水下警戒、武器射击、侦察、通信、导航、 定位、探鱼、海底矿藏勘探等
可以分为被动声纳（无源声纳）和 主动声纳（有源声 被动声纳 主动声纳
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Information Acquisition & Processing Technology
（4）在军用领域中传感器的性能价格比是与
所摧毁的目标的价值有关的
z
多传感器系统设计的一个目标就是不管是对低价值 的目标还是高价值的目标，都要减少智能武器和跟 踪系统的成本
（5）多传感器系统的信息融合结构
统也常常工作在互相协作的模式下
z百度文库
z z
通过发射脉冲和回波到达的时间差来估计目标距离 通过测量接收声阵中两子阵间的相位差得到测定目标方位
被动声纳系统由接收声阵、接收机、预处理器、数字信号处理器、 被动声纳系统
后置数据处理器和显示控制器几部分组成 它是通过接收目标的辐射噪声探测目标并测定其参量 一般被动声纳系统只能测定目标方位，其原理和主动声纳系统相同 。被动测距声纳系统利用三子阵测量波阵面曲率来测定目标距离 声纳技术的重要发展技术之一是合成孔径声纳技术 合成孔径声纳
地球资源勘探
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3.多传感器系统设计 总体思路
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当多传感器的工作频率选择得足够宽，能尽可能地 包含整个电磁波谱，而且更进一步，如果既有传感 器工作在主动(发射和接收信号)模式，又有传感器 工作在被动（仅能接收信号）模式时，来自多传感 器数据间的独立性有可能得到加强
Information Acquisition & Processing Technology
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使用毫米波雷达和毫米波辐射计实现对目标的识别
提高对物体的识别能力
Information Acquisition & Processing Technology
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当出现密集回波或者恶劣天气时，多传感器系
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如：空间可见/红外成像光谱仪（AVIRIS）
Information Acquisition & Processing Technology
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AVIRIS （Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer）
z z z z z
系统中含224个传感器 每个传感器探测特定波长，范围近似为10nm 所有传感器把380~2500nm的波长范围全部覆盖 在20km高空，图像地面分辨率为20m 扫描宽度： 11km
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Information Acquisition & Processing Technology
一个高级的传感系统，它的检测、处
理、识别和提取等子系统，都可能是 某种智能系统 噪声背景越复杂，所需的智能水平就 越高
Information Acquisition & Processing Technology
Information Acquisition & Processing Technology
22
工作于不同电磁频段的主动式和被动式传感器 产生的目标信号
Information Acquisition & Processing Technology
23
毫米波雷达接收到的信号中，包含有散射物的尺寸及位置
Information Acquisition & Processing Technology
21
（3）传感器的工作模式
z z
z
主动式传感器，有毫米波与激光雷达等 被动式传感器，有毫米波辐射计和红外辐射计、 FLIR(前视红外)传感器以及IRST(红外搜索与跟踪) 传感器等 主动式传感器可以工作在单基地或双基地模式下
MODEL 5
多传感器系统应用及分析
1.传感器系统
最简单的传感系统可以由一个敏感元件和显示单
元组成 现代传感系统多为复杂传感系统
z
例如，雷达、声呐等
这些复杂系统必须通过一系列的复杂处理过程才
能完成信息的获取
Information Acquisition & Processing Technology
Information Acquisition & Processing Technology
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毫米波(MMW)传感器和红外(IR)传感器 在自主式多传感器系统中经常被组合使用
毫米波是指工作频率在 30～300GHz，波长在 毫米波
1～10mm之间的电磁波
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功能是精确测量目标的距离和 精确测量目标的距离 相对速度 z 非常高的角分辨率 z 非常高的跟踪精度和制导精度 z 不易受电子干扰 z 常用于目标的截获与识别、精确制导、火控与跟踪 以及各类防撞系统等 缺点 z 其波长几乎与大气中的小水滴直径相同，所以大气 衰减很严重，作用距离较近
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Information Acquisition & Processing Technology
（3）多个传感器能对不同的物理信号进行分别响
应，可以增加目标信号被检测到的概率
z
有时某个传感器在某些气候、回波或干扰背景下无法检测到 目标，但加上其他类型的一些传感器就可以获得该目标的数 据
z
雷达提供距离数据给具有更高分辨率的红外传感器，而这 个距离信息正是红外传感器所不能得到的。通过选择合适 的信号处理算法来组合距离数据和红外传感器提供的数 据，我们就可以得到目标的实际尺寸这一新的信息。
纳）系统两大类
水下阵列声呐
Information Acquisition & Processing Technology
侧扫声呐
主动声纳系统由发射机、声阵、接收机、预处理器、数字信号处理 主动声纳系统
器、后置数据处理器和显示控制器等几个部分组成 向水中发射声波，通过接收水下物体反射回波发现目标，并测量其 参量
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如果事先对信号的产生过程或对可测量的“量”的性
质都清楚的话，可以设计出一个多传感器系统，该 系统能够捕捉到物理现象各个方面所具有的一些性 质 对于由多个传感器构成的多传感器系统，系统中各 传感器分别响应对应的物理属性，这时这些传感器 的输出合并融合后所得到结果就能免受恶劣天气、 杂乱回波和各种反测量等干扰因素的影响 在通常情况下，经过多传感器数据融合处理后的结 果，其精度要比单传感器系统高很多
z
能够对水下目标进行目标成像以及跟踪、识别、参数估计
Information Acquisition & Processing Technology
显示 信息 噪声 检 测 变 换 处 理 识 别 提 取 存储纪录 处 理 准 则 参 考 信 息 逻辑
检测单元判明是否存在所期望的信息 变换单元将信息变换为容易处理的形式 根据处理准则，进行处理，有效地对信息进行识别 为了识别信息，必须具有相应的参考信息或先验资料 在正确识别的基础上，把信息从噪声背景中提取出来，进 行显示或者传送、存储或利用