1、一數據融合系統結構一數據融合系統結構形式形式第1頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術2第2頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術3數據融合系統的主要結構形式無反饋的分布式融合系統有反饋的分布式融合系統有反饋的全并行融合系統集中式融合系統第3頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術4輸出檢測判定是指，多傳感器掃描觀測目標，實現信號檢測；掃描過程中，各傳感器進行獨立的測量和判斷，并將各種測量參數(目標特性參數和狀態參數)報告給數據融合中心。第4頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術5第5頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術6特點：特點：分布式 融合系統所要求的通信開

2、銷小融合中心計算機所需的存儲容量小融合速度快性能不如集中式融合系統第6頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術7特點：特點：由融合中心到每個傳感器有一個反饋通道，這有助于提高各個傳感器狀態估計和預測的精度。增加了通信量，在考慮其算法時，要注意參與計算之間的相關性。第7頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術8第8頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術9主要特點：主要特點：是全并行、有反饋的融合結構通過傳送通道，各傳感器都存取其它傳感器的當前估計，各傳感器都獨立地完成全部運算任務。系統有局部融合單元及全局融合單元，這是最復雜的融合系統，但它非常有潛力。這種結構方式可進行擴展，即把每

3、個傳感器擴展成一個包含多個傳感器的平臺。第9頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術10集中式處理結構：所有傳感器數據都送到中心處理器處理和融合。 所有數據對中心處理器都是可用的； 可用較少種類的標準化處理單元； 傳感器在平臺位置上的選擇受限較少； 所有的處理單元都在可接近的位置，增強了 處理器的可維護性。 第10頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術11 要求專門的數據總線； 硬件改進或擴充困難； 由于所有的處理資源都在一個位置，所以易損 性增加了； 分隔困難； 軟件開發和維護困難(因為與一個傳感器有關 的變化可以影響到其余部分)。 收集來自單個平臺上的多個傳感器的數據，可形成諸如

4、艦艇或戰斗機的信息顯示，也可用于檢測對象相對單一的智能檢測系統。 第11頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術12 優點如下： 處理器連到每個傳感器上以改進其性能； 現有的平臺數據總線(一般是低速的)可以頻繁地使 用； 分隔容易； 增加新傳感器或改進老傳感器，可以更少地 觸動系統軟件和硬件。第12頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術13提供給中心處理器的有限數據，降低傳感器融合的有效性；對于某些傳感器，環境的嚴重干擾限制了處理器部件的選擇，從而增加了成本；傳感器位置的選擇受更多地限制；增加的各種單元降低了可維護性，增加了成本。缺點：第13頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技

5、術14大型軍事防御系統，多參數或參數間交叉影響的智能檢測系統第14頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術15數據融合的通用功能模型（軍事上，數據融合技術支持下的綜合性信息處理過程）第15頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術16 1）數據和圖像的配準 2）關聯 3）跟蹤和識別 把從各個傳感器接收的數據或圖像在時間和空間 上進行校準，使它們有相同的時間基準、平臺和坐標系。時間配準：將各測量值推算到統一的觀測時間點上；空間配準：對位置偏差進行估計和補償。1）數據配準：第16頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術17把各個傳感器送來的點跡與數據庫中的各個航跡相關聯，同時對目標位置進

6、行預測，保持對目標進行連續跟蹤；關聯不上的那些點跡可能是新的點跡，也可能是虛警，保留下來，在一定條件下，利用新點跡建立新航跡，消除虛警。主要指身份或屬性識別，給出目標的特征，以便進行態勢和威脅評估。第17頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術18態勢評估1）態勢提取2）態勢分析3）態勢預測1）態勢提取從大量不完全的數據集合中構造出態勢的一般表示，為前級處理提供連貫的說明。靜態態勢包括敵我雙方兵力、兵器、后勤支援對比及綜合戰斗力估計；動態態勢包括意圖估計、遭遇點估計、致命點估計等。第18頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術192）態勢分析包括實體合并，協同推理與協同關系分析，敵我各

7、實體的分布和敵方活動或作戰意圖分析。包括未來時刻敵方位置預測和未來兵力部屬推理等。3）態勢預測第19頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術20 威脅評估綜合環境判斷進攻能力推理進攻目標推理時間等級計算威脅等級評估預處理威脅等級推理威脅等級綜合輔助決策確定決策方案求解決策變量優化決策指標威脅評估是關于敵方兵力對我方殺傷能力及威脅程度的評估； 具體包括綜合環境判斷、威脅等級判斷及輔助決策。第20頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術優化融合處理，包括優化利用資源、優化傳感器管理和優化武器控制，通過反饋自適應，提高系統的融合效果說明：級”的概念并不意味各級之間有時序特性，這些過程經常并行

8、處理第21頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術22 第22頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術23特點： 1)直接在采集到的原始數據層上進行融合；2)原始觀測信息未經預處理或只進行很少的處理就進行數據綜合分析，是最低層次的融合；3) 參與融合的傳感器信息間具有一個像素的配準精度。應用：多源圖像復合、圖像分析和理解同類雷達波形的直接合成多傳感器數據融合的卡爾曼濾波等優點：1)能保持盡可能多的現場數據2)提供其他融合層次所不能提供的細微信息第23頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術24 1)所處理的傳感器數據量大，處理代價高、時間長、實時性差；2)數據通信量較大，抗干擾能力

9、較差；3)在信息的最低層進行的，由于傳感器原始信息的不確定性、不完全性和不穩定性，要求在數據融合時有較高的糾錯能力； 4)各傳感器信息之間校準精度要求較高，各傳感器信息應來自同質傳感器。第24頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術25特征級融合屬于中間層次，融合過程為：1)提取特征信息(數據信息表示量或統計量)2)按特征信息對多傳感器數據進行分類、綜合和分析。特征級融合分類：1)目標狀態數據融合2)目標特性融合第25頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術26主要應用： 多傳感器目標跟蹤領域融合過程：對傳感器數據進行預處理以完成數據校準；實現參數相關的狀態向量估計。第26頁/共57頁

10、智能信息處理技術智能信息處理技術27 實現可觀的信息壓縮，有利于實時處理；所提取的特征直接與決策分析有關，融合結果能最大限度地給出決策分析所需特征信息。C3I系統第27頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術281)是一種高層次融合，其結果為檢測、控制、指揮、決策提供依據；2) 首先利用傳感器提供的信息對目標屬性進行獨立處理，再對各傳感器的處理結果進行融合，最后得到整個系統的決策。第28頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術291)融合中心處理代價低，具有很高靈活性；2)通信量小，抗干擾能力強；3)當一個或幾個傳感器出現錯誤時，通過適當融合，系統還能獲得正確結果，具有容錯性；4)對傳

11、感器的依賴性小，傳感器可以是同質的，也可以是異質的；5)能有效反映環境或目標各側面不同類型信息。第29頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術30像素級融合特征級融合決策級融合處理信息量最大中等最小信息量損失最小中等最大抗干擾性能最差中等最好容錯性能最差中等最好算法難度最難中等最易融合前處理最小中等最大融合性能最好中等最差對傳感器的依賴程度最大中等最小第30頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術31分類：硬判決、軟判決指數據處理活動中用于信號檢測、目標識別的判決方式應用：每個傳感器內部或信息融合中心都既可以選用硬判決方式，也可選用軟判決方式第31頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處

12、理技術32 設置有確定的預置判決門限，只有數據樣本特征量達到或超過預置門限時，系統才作出判決斷言；只有當系統作出了確定的斷言時，系統才向更高層次系統傳送“確定無疑”的判決結論；這種判決方式以經典的數理邏輯為基礎，是確定性的。第32頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術33 不設置確定不變的判決門限無論系統何時收到觀測數據都要執行相應分析，都作出適當評價，也都向更高層次系統傳送評判結論意見及有關信息，包括評判結果的置信度。這些評判不一定是確定無疑的，但它可以更充分的發揮所有有用信息的效用，是信息融合結論更可靠更合理第33頁/共57頁智能信息處理技智能信息處理技術術二數據準備二數據準備第34

13、頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術35融合中心數據處理的前提虛警的處理剔除假點跡具體表現為多目標系統點跡與航跡的關聯剔除孤立點跡第35頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術36各類雜波，如雷達系統，地雜波，海雜波，氣象雜波以及人為干擾；聲吶系統，多徑，反射，折射，海底地貌等 解決方法各種高可靠性、高性能傳感器系統的應用；開發高速數據處理算法；第36頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術37 1）點跡過濾2）點跡合并3）消除粗大誤差第37頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術381）點跡過濾）點跡過濾 噪聲、干擾大量存在，產生虛警（環境因素及傳感器性能）；第38頁/共

14、57頁智能信息處理技術智能信息處理技術39將非目標點跡減至最少，消除大部分由干擾產生的假點跡或孤立點跡；減輕計算機數據處理的負擔，改善數據融合系統的狀態估計精度，提高系統的性能。運動目標、固定目標及假目標跨周期的相關特性不同。利用一定的判定準則判定點跡的跨周期特性，就可區別運動目標、固定目標及假目標。第39頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術40保留傳感器5個采樣周期信息，以坐標形式存儲。新的采樣信息到來，每個點跡都跟前5周期的各個點跡按由老到新的次序進行逐個比較。根據目標運動速度等因素設置兩個窗口，一個大窗口和一個小窗口，并設置p1p5和GF 6個標志位。新點跡首先跟第1周期的各個點

15、跡進行比較，如果第1周期的點跡中至少有一個點跡與新點跡之差在小窗口內，相應的標志位置成1(p1=1)，否則為0(p1=0)；然后新點跡再跟第2周期的各點跡進行比較，只要第2周期的各點跡至少有一個點跡與新點跡之差在小窗口內，相應的標志位置成1(p2=1)，否則置成0(p2=0)。 第40頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術41依此類推，直到第5周期比完為止。最后再一次把新點跡與第5周期的各點跡進行比較，比較結果如至少有一個兩者之差在大窗口內，就將相應的標志位GF置成1，否則為0。第41頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術42判決準則：判決準則：p1p5和GF根據以上原則產生一組標

16、志, 根據這組標志，按照一定準則統計地判定新點跡是屬于運動點跡、固定點跡還是孤立點跡或可疑點跡，并在它的坐標數據中加上相應的標志。第42頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術43(1) 運動點跡： 1)(4545GFppGFpp該式表明，第4周期、第5周期小窗口沒有符合，但在第5周期時，在大窗口中有符合， 新點跡就判定成運動點跡。 （2）固定點跡： (p5+p4)(p1p2+p1p3+p2p3)=1 該式表明，如果在第4周期、第5周期小窗口至少有一次符合，同時1、2、3周期小窗口中至少有兩次符合，則新點跡就判定為固定點跡。 第43頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術44 該式表明

17、，如果第4周期、第5周期小窗口沒有符合，第5周期時大窗口也沒有符合， 則說明它是孤立點跡。1)(4545GFppGFpp（3）孤立點跡： （4）可疑點跡： 不滿足上述準則的點跡，統統被認為是可疑點跡，將其輸出，在數據處理時進一步判斷。 第44頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術45 對固定目標，理想的情況下，即不考慮噪聲和干擾，不考慮測量誤差及信噪比隨距離的變化等因素，對每個位置上的固定目標，每個周期就應有一個點跡，即保留的5周期標志信息都應該是1，即p1p2p3p4p5=1。 這個條件太苛刻，必須把條件放寬。本質：跨周期相關處理第45頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術46

18、原因：為實現傳感器全程檢測，對傳感器的檢測范圍進行了分割（距離門），在傳感器檢測的臨界點處，可能出現該現象。方法：設置二維門第46頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術473）消除粗大誤差）消除粗大誤差由于干擾等因素造成，在數據處理之前必須要被消除目的：剔除大誤差。第47頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術對于分布在不同平臺的同構或異構傳感器，在對其觀測數據進行數據融合前，由于其所在位置各不相同，所選的觀測坐標系不一樣，加上傳感器的采樣頻率也有很大差別，因此即使是對同一個目標進行觀測，各傳感器所得到的目標觀測數據也會有很大的差異，所以，在進行多傳感器數據融合時,首先要做的工作就是

19、統一來自不同平臺的多傳感器的時間和空間參考點，形成融合所需的統一時空參考系，也就是進行數據對準。數據對準技術包括空間對準和時間對準第48頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術49 第49頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術采用具有一定扁率的旋轉橢球代替地球的自然表面通常將WGS84 坐標系（美國國防部研制的大地坐標系）定義成標準坐標系，其它坐標系與之相比較，確定各種坐標系與標準坐標系間的原點平移參數(L，B，H)定義為k 點的大地坐標，L 表示該點的大地經度，由起始子午面起算，東經為正，西經為負，B 表示該點的大地緯度，由赤道面起算，北緯為正，南緯為負，H 稱為該點的大地高程第50頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術51地心空間直角坐標系是在參考橢球體內建立的坐標系Oxyz，它的原點在橢球中心O，z 軸指向地球北極，x 軸與橢球赤道面和格林尼治子午面的交線重合，y 軸與xz 平面正交，指向東方。x、y、z 軸構成右手系，點p的地心直角坐標用（xp，yp，zp）表示。第51頁/共57頁智能信息處理技術智能信息處理技術52基準地理直角坐標系是在地心空間直角坐標系基礎之上建立而成，具體為：以地球上某一點O為坐標原點，建立地理直角坐標系Oxyz，坐標軸規定如下：x軸沿O所在的