第四章 多传感器信息融合技术 参考： 传感器原理及检测技术 传感器与检测技术
第四章 多传感器信息融合技术 参考： 传感器原理及检测技术 传感器与检测技术
第一节概述 一、概念 传感器信息融合可以定义如下： 它是将经过集成处理的多传感器信息进行合成，形 成一种对外部环境或被测对象某一特征的表达方式。 单一传感器只能获得环境或被测对象的部分信息段， 而多传感器信息经过融合后能够完善地、准确地反映环 境的特征。 经过融合后的传感器信息具有以下特征：信息冗余 性、信息互补性、信息实时性、信息获取的低成本性
传感器信息融合可以定义如下： 它是将经过集成处理的多传感器信息进行合成，形 成一种对外部环境或被测对象某一特征的表达方式。 单一传感器只能获得环境或被测对象的部分信息段， 而多传感器信息经过融合后能够完善地、准确地反映环 境的特征。 经过融合后的传感器信息具有以下特征：信息冗余 性、信息互补性、信息实时性、信息获取的低成本性。 第一节 概 述 一、概念
随着现代科学技术的发展，被测对象越来越复杂， 人们不仅需要了解被测对象的某一被测量的大小，而且 还需要了解被测对象的综合信息或某些内在特征信息， 单一的孤立的传感器已难以满足这种要求。以前的传感 器技术是将传感器的信息传送给独立的处理系统。 近年来，一个复杂的系统上装备的传感器在数量上 和种类上都越来越多（如一架宇航飞行器就需装备数千只 传感器)，因此需要有效地处理大量的各种各样的传感器 信息。这就意味着增加了待处理的信息量，而且还会涉 及到各传感器数据组之间的矛盾和不协调。20世纪90年 代初，当信息处理技术从单个传感器处理演变为多个传 感器处理时，传感器信息融合技术开始成为传感技术发 展的一个重要方向
随着现代科学技术的发展，被测对象越来越复杂， 人们不仅需要了解被测对象的某一被测量的大小，而且 还需要了解被测对象的综合信息或某些内在特征信息， 单一的孤立的传感器已难以满足这种要求。以前的传感 器技术是将传感器的信息传送给独立的处理系统。 近年来，一个复杂的系统上装备的传感器在数量上 和种类上都越来越多(如一架宇航飞行器就需装备数千只 传感器)，因此需要有效地处理大量的各种各样的传感器 信息。这就意味着增加了待处理的信息量，而且还会涉 及到各传感器数据组之间的矛盾和不协调。20世纪90年 代初，当信息处理技术从单个传感器处理演变为多个传 感器处理时，传感器信息融合技术开始成为传感技术发 展的一个重要方向
传感器信息融合又称数据融合，它是对多 种信息的获取、表示及其内在联系进行综合处 理和优化的技术。 传感器信息融合技术从多信息的视角进行 处理及综合，得到各种信息的内在联系和规律 从而剔除无用的和错误的信息，保留正确的和 有用的成分，最终实现信息的优化。它也为智 能信息处理技术的研究提供了新的观念
传感器信息融合又称数据融合，它是对多 种信息的获取、表示及其内在联系进行综合处 理和优化的技术。 传感器信息融合技术从多信息的视角进行 处理及综合，得到各种信息的内在联系和规律， 从而剔除无用的和错误的信息，保留正确的和 有用的成分，最终实现信息的优化。它也为智 能信息处理技术的研究提供了新的观念
二、意义及应用 传感器信息融合技术的理论 和应用涉及到信息电子学、计算机和自动化等 多个学科，是一门应用广泛的综合性高新技术。 1、在信息电子学领域 信息融合技术的实现和发展以信息电子学的原理、方法、技 术为基础。信息融合系统要采用多种传感器收集各种信息，包括 声、光、电、运动、视觉、触觉、力觉以及语言文字等。例如， 海湾战争中使用的“灵巧炸弹”，它的传感器就是由激光和雷达 两种传感器组合在一起的。信息融合技术中的分布式信息处理结 构通过无线网络、有线网络，智能网络，宽带智能综合数字网络 等通信网络来汇集信息，传给融合中心进行融合。除了自然（物理） 信息外，信息融合技术还融合社会类信息，以语言文字为代表， 这里涉及到大规模汉语资料库、语言知识的获取理论与方法。机 器翻译、自然语言解释与处理技术等，信息融合采用了分形、混 沌、模糊推理、人工神经网络等数学和物理的理论及方法。它的 发展方向是对非线性、复杂环境因素的不同性质的信息进行综合、 相关，从各个不同的角度去观察、探测世界
二、意义及应用 传感器信息融合技术的理论 和应用涉及到信息电子学、计算机和自动化等 多个学科，是一门应用广泛的综合性高新技术。 1、在信息电子学领域 信息融合技术的实现和发展以信息电子学的原理、方法、技 术为基础。信息融合系统要采用多种传感器收集各种信息，包括 声、光、电、运动、视觉、触觉、力觉以及语言文字等。例如， 海湾战争中使用的“灵巧炸弹”，它的传感器就是由激光和雷达 两种传感器组合在—起的。信息融合技术中的分布式信息处理结 构通过无线网络、有线网络，智能网络，宽带智能综合数字网络 等通信网络来汇集信息，传给融合中心进行融合。除了自然(物理) 信息外，信息融合技术还融合社会类信息，以语言文字为代表， 这里涉及到大规模汉语资料库、语言知识的获取理论与方法。机 器翻译、自然语言解释与处理技术等，信息融合采用了分形、混 沌、模糊推理、人工神经网络等数学和物理的理论及方法。它的 发展方向是对非线性、复杂环境因素的不同性质的信息进行综合、 相关，从各个不同的角度去观察、探测世界
2、在计算机科学领域 计算机的发展历史是由串行计算机发展到并行计算机；从数 值计算发展到图像处理；从一般数据库发展到综合图像数据库。 从信息融合的角度看，未来的计算机必然包含数值并行计算、图 像处理、综合时空图像理解等多种功能。即逐步实现类似人脑的 信息汇集、处理以及综合存储的思维方式。 在计算机科学中，目前正开展着并行数据库、主动数据库、 多数据库的研究。信息融合要求系统能适应变化的外部世界，因 此，空间、时间数据库的概念应运而生，为数据融合提供了保障 空间意味着不同种类的数据来自于不同的空间地点；时间意味着 数据库能随时间的变化适应客观环境的相应变化。信息融合处理 过程要求有相应的数据库原理和结构，以便融合随时间、空间变 化了的数据。在信息融合的思想下，提出的空间、时间数据库， 是计算机科学的一个重要的研究方向
2、在计算机科学领域 计算机的发展历史是由串行计算机发展到并行计算机；从数 值计算发展到图像处理；从一般数据库发展到综合图像数据库。 从信息融合的角度看，未来的计算机必然包含数值并行计算、图 像处理、综合时空图像理解等多种功能。即逐步实现类似人脑的 信息汇集、处理以及综合存储的思维方式。 在计算机科学中，目前正开展着并行数据库、主动数据库、 多数据库的研究。信息融合要求系统能适应变化的外部世界，因 此，空间、时间数据库的概念应运而生，为数据融合提供了保障。 空间意味着不同种类的数据来自于不同的空间地点；时间意味着 数据库能随时间的变化适应客观环境的相应变化。信息融合处理 过程要求有相应的数据库原理和结构，以便融合随时间、空间变 化了的数据。在信息融合的思想下，提出的空间、时间数据库， 是计算机科学的一个重要的研究方向
3、在自动化领域 在信息科学的自动化领域，信息融合技术以各种控制理论为 基础，信息融合技术采用了模糊控制、智能控制、进化计算等系 统理论，结合生物、经济、社会、军事等领域的知识，进行定性、 定量分析。按照人脑的功能和原理进行视觉、听觉、触觉、力觉、 知觉、注意、记忆、学习和更高级的认识过程，将空间、时间的 信息进行融合，对数据和信息进行自动解释，对环境和态势给予 判定。目前的控制技术，已从程序控制进入了建立在信息融合基 础上的智能控制。例如，海湾战争中的“爱国者”导弹系统，战 胜了程序控制水平的“飞毛腿”导弹。智能控制系统不仅用于军 事，还应用于工厂企业的生产过程控制和产供销管理、城市建设 规划、道路交通管理、商业管理、金融管理与预测、地质矿产资 源管理、环境监测与保护、粮食作物生长监测、灾害性天气预报 及防治等涉及宏观、微观和社会的各行各业
3、在自动化领域 在信息科学的自动化领域，信息融合技术以各种控制理论为 基础，信息融合技术采用了模糊控制、智能控制、进化计算等系 统理论，结合生物、经济、社会、军事等领域的知识，进行定性、 定量分析。按照人脑的功能和原理进行视觉、听觉、触觉、力觉、 知觉、注意、记忆、学习和更高级的认识过程，将空间、时间的 信息进行融合，对数据和信息进行自动解释，对环境和态势给予 判定。目前的控制技术，已从程序控制进入了建立在信息融合基 础上的智能控制。例如，海湾战争中的“爱国者”导弹系统，战 胜了程序控制水平的“飞毛腿”导弹。智能控制系统不仅用于军 事，还应用于工厂企业的生产过程控制和产供销管理、城市建设 规划、道路交通管理、商业管理、金融管理与预测、地质矿产资 源管理、环境监测与保护、粮食作物生长监测、灾害性天气预报 及防治等涉及宏观、微观和社会的各行各业
典型应用 智能机器人 监控系统 战场侦察及态势评估系统 自主武器系统 信息融合思想的最佳体现，是在智能机器人的研究上。智 能机器人的仿生机构研究和探索，机器人视觉中的三维、时变 图像处理，主动视觉研究，机器人的内部、外部非视觉传感器 信息的获取和理解，智能机器人的行为控制，环境建模与处理， 知识的认知与逻辑推理，以及神经网络技术在机器人控制和传 感器信息处理等方面的应用，都与信息融合思想有关，信息融 合的技术在不远的将来会得到迅速发展
信息融合思想的最佳体现，是在智能机器人的研究上。智 能机器人的仿生机构研究和探索，机器人视觉中的三维、时变 图像处理，主动视觉研究，机器人的内部、外部非视觉传感器 信息的获取和理解，智能机器人的行为控制，环境建模与处理， 知识的认知与逻辑推理，以及神经网络技术在机器人控制和传 感器信息处理等方面的应用，都与信息融合思想有关，信息融 合的技术在不远的将来会得到迅速发展。 典型应用 智能机器人 监控系统 战场侦察及态势评估系统 自主武器系统
特点： 获取更准确的信息 获取更精确的信息 获取复杂的信息 降低系统成本 提高系统运行速度 提高系统的可靠性
特点： 获取更准确的信息 获取更精确的信息 获取复杂的信息 降低系统成本 提高系统运行速度 提高系统的可靠性
三、优点 >增加了系统的生存能力 >扩展了空间覆盖范围 >扩展了时间覆盖范围 >提高了可信度 >降低了信息的模糊度 >改善了探测性能 >提高了空间分辨率 >增加了测量空间的维数
➢增加了系统的生存能力 ➢扩展了空间覆盖范围 ➢扩展了时间覆盖范围 ➢提高了可信度 ➢降低了信息的模糊度 ➢改善了探测性能 ➢提高了空间分辨率 ➢增加了测量空间的维数 三、优点