北航多源信息融合2017课件1信息融合概述

检测与估计 传感器控制/反馈信息
传感器1 传感器2
预处理 预处理
多目标 跟踪器
多目标 跟踪器
… …
传感器N
预处理
多目标 跟踪器
融合中心
坐
标
航
转
迹
换
与
、
航
数
迹
据
相
对
关
正Leabharlann Baidu
目
标
航 迹
状 态
合
成
22
（3） 混合式融合结构
检测与估计 传感器控制/反馈信息
传感器1 传感器2
预处理 预处理
多目标 跟踪器
多目标 跟踪器
抗干 扰性
融合 方法
传感 器同 质性
通信 数据 量
实时 性
融合 水平
象素 级
大
差
小
高
差
难
大
大
差
低
特征 级
中
中
中
中
中
中
中
中
中
中
决策 级
小
好
大
低
好
易
小
小
好
高18
3.4 融合处理的结构模型
根据信息流通形式和综合处理层次
集中式融合结构 分布式融合结构
混合式融合结构 多级式融合结构
19
（1） 集中式融合结构
… …
传感器N
预处理
多目标 跟踪器
融合中心
坐
标
航
转
迹
换
与
、
航
数
迹
据
相
对
关
正
多路器
选择与 合并
复目 合标 滤状 波态 、 综 合 跟 踪
23
（4）多级式融合结构
分级融合结构中，各局部节点可以同时或分别是集中式、分布式 或混合式的融合中心，系统的融合节点再次对各局部节点传送来 的航迹进行相关和合成。
传感器1
传感器2
关 联
…
传感器N
数 据 级 融 合
特 征 提 取
属 性 判 决
联 合 属 性 判 决 结 果
12
(1） 数据级融合
特点
数据损失量较少 精度最高
不足
实时性差 要求传感器是同类的 数据通信量大， 抗干扰能力差 处理的数据量大
13
(2)特征级融合
含义
中间层次的融合，每个传感器先抽象出自己的特征向量，然后由融 合中心完成融合处理。可划分为目标状态和目标特征信息融合两类
按融合判决方式
硬判决
软判决
按传感器组合方式
同类传感器
异类传感器
4
1.4 信息融合的分类
按信息融合结构模型
集中式
分布式
按融合的目的
检测融合
估计融合
属性融合
5
1.5 信息融合的优点
增加系统的生存能力 扩展空间和时间覆盖范围 提高可信度 降低信息的模糊度
改善探测性能 提高空间分辨率 增加测量空间的维数
传感器1
属性判别
特
传感器2
征 提
属性判别
关 联
… …
取
传感器N
属性判别
决 策 层 融 合
联 合 属 性 判 决 结 果
16
(3) 决策级融合
特点
通信量小 抗干扰能力强 融合中心处理代价低
不足
数据损失量最大 精度最低
17
(4) 不同级别的融合性能比较
融合 模型
计算 量
容错 性
信息 损失 量
精度
一般定义：
利用计算机技术，对不同传感器按时序获得的观测信息，按照一定的准则 加以自动分析、优化和综合，为完成所需任务（目的）的估计和决策而进 行的信息处理过程。
2
1.4 信息融合的分类
按融合技术分类
假设检验型
滤波跟踪型
人工智能
模式识别型
聚类分析型
基于专家系统的 基于人工神经网络
以生物为基础
3
1.4 信息融合的分类
传感器1
特
传感器2
征 提
…
取
传感器N
关 联
特 征 层 属 性 融 合
属 性 判 决
联 合 属 性 判 决 结 果
14
(2)特征级融合
特点
进行了数据压缩， 对通信带宽的要求低 利于实时处理
不足
有信息损失 融合性能降低
15
(3) 决策级融合
含义 高层次的融合，每个传感器先基于自己的数据做出决策，然后由融 合中心完成局部决策。
… …
传感器1 传感器2 传感器N
预处理 预处理 预处理
融合中心
坐
点
标
迹
转
相
换
关
、
、
数
数
据
据
对
互
正
联
航航 目 迹迹 标 滤文 状 波件 态 与与 更综 新合
跟 踪
21
（2） 分布式融合结构
分布式融合结构中，每个传感器的检测报告在进入融合以前，先由 它自己的处理器产生局部多目标跟踪航迹，然后将处理过的信息送 至融合中心，完成航迹-航迹相关、航迹合成，形成全局估计。
融合处理器分析来自所有传感器的数据，并对其进行配准、 关联、相关、估计、分类与信息反馈等。
➢配准：将传感器数据统一到同一参考时间和空间中 ➢关联：使用某种度量尺度对来自不同传感器的航迹与量测数据进行比较， 确定进行相关处理的候选配对 ➢相关：对关联后的航迹和报表进行处理以确定它们是否属于同一个目标 ➢估计：依据相关处理后的结果对目标的状态变量与估计误差方差进行更 新，实现对目标未来位置的预测 ➢分类：通过对特征数据的分析，确定目标的类型等
主讲内容及教学计划
信息融合概述（2课时）
多源检测融合原理（4课时）
不确定推理（6课时）
分布式检测与融合（4课时）
集中式检测与融合（4课时）
多传感器目标识别与融合模型（4课时）
应用实例（4课时）
复习(2课时)
1
1.2 信息融合定义
JDL(美国三军组织实验室理事联合会)定义：
信息融合是一种多层次、多方面的处理过程，包括对多源数据进行检测、 相关、组合和估计，从而提高状态和身份估计的精度，以及对战场态势和 威胁的重要程度进行适时完整的评价。
6
3 数据融合系统模型与处理结构
3.1 JDL数据融合模型-从军事应用的角度
数据 预处理
数 据 源
一级处理 二级处理 目标评估 态势评估
三级处理 影响评估
四级处理 过程评估
人 机 接 口
数据库管理系统
支持数据库
融合数据库
7
3.1 JDL数据融合功能模型（实际应用标准）
○目标评估 数据配准、数据关联、目标位置和运动学、属性参数、身份
估计，用于提供辅助决策信息。
○态势评估 在军事上指评价实体之间相互关系，主要包括态势抽象和态
势评定。
○影响评估 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。
○过程评估 通过建立一定的优化指标，对融合过程进行实时监控与评价，
实现多传感器自适应信息获取与处理、资源最优分配等。
8
3.2 融合处理的过程
9
3.2 融合处理的过程
高层次融合 筛选、整合和抽象 传感器采集 自然环境信息
决策
信息
由
低
层
数据
到
高
层
环境
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3.3 数据融合的级别
按照数据抽象 的层次划分
数据级融合
特征级融合
决策级融合
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(1) 数据级（像素级）融合
含义 最低层次的融合，直接对传感器的观测数据进行融合处理，然后 基于融合后的结果进行特征提取和判断决策。
集中式融合结构将检测报告传递到融合中心，然后进行数据对准、 点迹相关、数据互联、航迹滤波、预测与综合跟踪等。 优点：信息损失最小 缺点：互联比较困难，并且要求系统必须具备大容量的能力， 计算负担重，系统生存能力较差 融合结构的模型如下图所示
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（1） 集中式融合结构
检测与估计 传感器控制/反馈信息