1、多傳感器數據融合性能評估方法姓 名： 李素 學 號： 2015223045139 課程名稱： 空管信息處理基礎 指導老師： 王運峰 2016年1月15日目錄1 目的意義12 研究現狀13 數據融合系統的性能評估方法13.1 性能評估指標13.2 融合性能指標23.3 融合性能評估的綜合評價33.3.1 指標相對隸屬度矩陣33.3.2 指標權重43.3.3 綜合評價步驟54 總結61 目的意義近數十年來，多傳感器數據融合在理論研究和實際應用方面取得了長足進展，但是，目前對融合系統的性能評估研究并不多，性能評估是研究多目標跟蹤系統非常重要的手段。利用綜合性能評估不僅可以分析在一定環境下系統所能達到

2、的性能，從而選擇最優的設計方案，而且還可以反過來設計和確定滿足系統性能要求的系統參數，也就是輔助系統設計。研究多傳感器數據融合的性能評估對于跟蹤算法的參數優化，跟蹤系統的功能設計與優化，乃至于精確信息感知都具有十分重要的意義。2 研究現狀目前有關融合算法的研究很多，但是，對數據融合算法進行性能測試與評估的研究卻不多見，并且，也沒有形成一個普遍公認的評估標準。有關多傳感器數據融合方法的研究已經比較成熟，但如何對這些形形色色的算法所構成的融合系統性能進行評估的研究卻一直處于探索階段，相關研究成果并不多見。3 數據融合系統的性能評估方法一般進行評估時，通常要建立評估模型、評價指標體系和評價準則，采用

3、分析法或仿真法對算法和系統性能進行評估。實際上，融合算法的評估方法，也就是計算各個評估指標的方法。一、常規的仿真比較法，即你定輸入數據或實測數據進行仿真，比較優劣（誤差指標）和置信度概率，如：1) 采用Monte Carlo仿真，可對整個系統進行數值評估和確認；2) 采用實時仿真，連接模擬數據或記錄數據時能夠展示融合結果；3) 建立效能評估模型，曹勇基于效能的評估方法等。二、專家打分、模糊測度準則評判，多用于目標識別。對航跡，用目標位置的均方誤差來分析，對屬性和類型，用綜合正確概率評價。對結果的分析評估，多采用Matlab工具，還可以用Petri網的性能來分析數據融合系統的性能。目前，最為廣泛

4、的是開展了基于仿真的數據融合系統性能評估方法的研究。3.1 性能評估指標評價指標體系是融合系統性能評價的基礎，它是否合理，完整，可測，無冗余，直接關系到最后的評價結果。數據融合系統評價指標的選擇不僅要遵循針對性，可測性，客觀性，獨立性等基本原則，而且必須反映現代戰爭對指揮自動化系統的需求。評估需要基于一定的標準，因此建立一組評估指標，對于評估融合跟蹤系統和算法是必不可少的。一般對于數據融合系統性能表征有以下四個方面：1) 尺度參數，用來直接定義數據融合系統和各組成部分（傳感器、數據處理器、通信信道等）元素所具有的性質和特征。他們直接描述系統的行為或結構，并且可以作為一些典型的可測量指標值（如帶

5、寬、誤碼率、物理維數等）來考慮；2) 性能度量（MOP），用以描述系統重要行為屬性的測量，通常與若干尺度參數有關，并以單變量形式對某個有意義的操作性能度量進行量化；3) 效能度量（MOE），用于描述數據融合系統的功能發揮程度，如目標漏檢率、目標指示率等都是典型的效能度量；4) 兵力效能度量（MOFE），是四類測量中最高級的測量，它對整個軍事力量（包括數據融合系統）完成其任務的能力進化量。典型的MOFE包括資源損耗的速度和比例、交戰結果以及這些變量的變化情況。3.2 融合性能指標很多文獻試圖從航跡分類的角度探討跟蹤性能評估中數據關聯、跟蹤純度、狀態估計精度和濾波協方差可靠性內容的評估方法。雖然對

6、其進行了描述，但很多都并未有達成共識的具體計算公式。一級指標：1) 一般對于一個融合跟蹤系統，系統檢測率和虛警率是評估其性能的重要指標。還有虛假航跡數、丟失航跡數和遺漏航跡數、系統平均錯誤航跡數、系統平均遺漏航跡數、系統錯誤航跡率、平均航跡形成時間、平均航跡維持時間、誤跟蹤率等性能評估指標。2) 對于跟蹤起始、維持和終結部分，有航跡起始時間、航跡維持時間等指標；3) 對于航跡相關與融合，有正確關聯率、漏相關率、錯誤關聯率、正確分離率、航跡綜合相關度、航跡精度和航跡狀態估計偏差等指標。二級指標，二級指標由一級指標按一定規則構造成，如航跡相關性能、跟蹤精度性能、實時跟蹤性能等等，都可由數個一級指標

7、綜合評定。對于位置級目標跟蹤融合系統，性能評估主要是針對尺度性能度量。多傳感器輸入信息為航跡的三維方向、時間、速度、方位角、高低角等，輸出信息包括一次航跡和最終融合航跡的三維方位、時間、方位角等。根據融合跟蹤系統的基本結構，性能評估指標方面可以從以下三個部分進行考慮和提取：1) 航跡起始及航跡辨識；2) 航跡關聯及數據融合；3) 目標運動狀態及精度質量。結構方面則主要從兩部分進行：1) 前的一次航跡；2) 融合后的二次航跡；3.3 融合性能評估的綜合評價系統評價是一個從多要素的高維的指標體系到一個低維的評價結果的轉換過程，在這一過程中還要求評價結果能盡可能反映原指標體系中各要素的信息。如何確定

8、各要素的權重是亟待解決的問題。 如何對融合后的指標進行綜合評價一直是多傳感器信息融合系統中未能達成共識的難點問題。現在普遍的評價方式是采用對各個指標進行加權平均累加的方法。本文欲采用數學方法中的模糊綜合評價方法。模糊綜合評價就是以模糊數學為基礎，應用模糊關系合成的原理，將一些邊界不清，不易定量的因素定量化、進行綜合評價的一種方法。其具體實現時，對于某一具體指標值，需要通過構造等級模糊子集來確定該指標所屬的評價等級（即確定從優隸屬度），然后利用模糊變換原理對各指標綜合，得到直觀的量化評價。3.3.1 指標相對隸屬度矩陣設有n個評價指標，m個評價對象(每次實驗產生的指標對應于一個評價對象)，構成評

9、價指標樣本集xi,j|i=1n,j=1m，其中xi,j應為非負值。為消除指標間不同的量綱效應，對單個指標采取了如下的標準化處理方式，得到由m個評價對象構建的一個相對隸屬度模糊評價矩陣R。首先對系統的融合性能進行評價的指標，進行劃分：越小越優型：其指標量化值越大，從優度越高。ri,j=xi,j-xmini/xmaxi-xmini越中越優型：其指標量化值越靠近中間值，從優度越高。ri,j=xmaxi-xi,j/xmaxi-xmini越大越優型：其指標量化值越小，從優度越高。ri,j=xi,j-xminixmaxi-xmini xminixi,j<xmidixmaxi-xi,jxmaxi-xm

10、ini xmidixi,j<xmaxi以這些ri,j值作為元素可組成單評價指標的模糊評價矩陣R=ri,jn×m。3.3.2 指標權重從數學變換的角度看，各評價對象是由評價對象各指標所組成的高維空間的一些點，系統評價模型就是一種從高維空間到低維空間的映射，要求這種映射能盡可能反映評價對象樣本在原高維空間中的分類信息和排序信息，這些信息具體反映在如何合理地確定這些評價指標的權重上，這仍是目前系統評價模型研究的難點之一。在近年來提出的確定權重的主要方法中：等權重法在各評價對象的綜合評價值相差不大時常常給決策帶來困難；統計試驗法、專家評分法和集值統計迭代法在評價指標較多時實現起來較為困

11、難。根據模糊評價矩陣R=ri,jn×m，可以構建一個新的矩陣B=bi,jn×m，用以計算指標間的排序權重Wi|i=1n。這種方法是利用數據計算評價指標都具有怎樣的重要性，即其對評價分類的影響力。bij=1+si-sjbm-1smax-smin, &sisj11+si-sjbm-1/smax-smin, &sisj其中si=j=1mri,j , bm=min(9,int(0.5+smaxsmin) 根據B的定義：bij= wi/wji=1nj=1m|bijwj-wi|=0稱判斷矩陣B具有完全的一致性。若判斷矩陣B不具有完全的一致性，即后續實驗的樣本集和當前樣本

12、發生了很大的 變化，則需要對B進行修正，記作W(i)l扛1n)。對應的一致性判斷形式是：minCICn=i=1nj=1myij-bij+yijwj-wi/n2 yij=1,i=1n優化條件：1yij=yijbij- dbij,bij+dbij,i=1n,j=i+1n i=1nwi=1且：wi>0式中,d是非負參數，經驗數據d0，0.5。1）當權重Wi|i=1n和yij獲得最佳值時，CICn=0，yij=bij，B具有完全的一致性。2）不能滿足完全一致性時，CICn越小，則判斷矩陣B越能獲得滿意的一致性，CIC(n)<01則可以認為該判斷矩陣具有滿意的一致性。根據式(454)式(45

13、7)求取wi在獲得各個指標對應的權重系數Wi|i=1n后， 對系統的第j次樣本的初步評價可以通過如下的表達式進行：Cj=inwiri，j j=1mCj的結果越大，說明對系統進行本次實驗對應的指標越優。通過對m次的樣本 集進行排序，可以為融合系統的綜合性能做出量化評估。3.3.3 綜合評價步驟本文的評估系統以評估信息融合處理性能為基礎，根據上文制定的數據融合評估單項指標，運用統計與計算的方法，得出每個評估指標的具體值。然后根據得出的每個指標，采用模糊評判的方法，對數據融合系統進行評估。1) 確定評價跟蹤系統的指標集合U；2) 選取數項指標，根據仿真數據計算單項指標量化值，并且考慮一次航跡及二次航

14、跡融后的數據進行計算比較，精度指標等改善度G；3) 進行單指標評價，建立模糊關系矩陣R，在構造了等級模糊子集后，就要對跟蹤系統從每個性能指標進行量化；也就是確定從單個性能指標來看被評系統對各個等級模糊子集的隸屬度，進而得到歸一化模糊關系矩陣；4) 利用合適的權值算法確定評價指標的模糊權向量W；5) 利用合適的合成算子將W與被評價算法的R合成得到其模糊綜合評價結果向量C。6) 對模糊綜合評價結果向量進行分析，可采用最大隸屬度原則、加權平均原則和模糊向量單值化等方法，獲取系統的總體評價。7) 根據模糊評價所的系統綜合從優度評分，結合實際場景，為融合系統綜合分析。4 總結很多文獻中都闡述了有關數據融合系統的性能評估的方法，并對其效果進行了分析：1) 試圖從航跡分類的角度探討跟蹤性能評估中數據關聯、跟蹤純度、狀態估計精度和濾波協方差 可靠性內容的評估方法；2) 描述了評估系統的重要性和關聯統計、跟蹤純度、 跟蹤維持統計等評估內容，但并未給出具體計算公式；3) 初步給出了多目標跟蹤性能評估的指標，但這些指標僅包括失跟率、正確起始、終結率、濾波性能等，但都尚不完善。個人理解：跟蹤系統的應用環境具有以下特點：目標的機動時刻與機動水平往往