《信息融合综述》

信息融合综述

《信息合融》综述

1信息融合的发展历史与现状

近二十年来，传感器技术比获得了迅速发展，各种面向复杂应用背景的多传感器信息系统大量涌现，在一个系统中装配的传感器在数量上和种类上也越来越多。因此需要有效地处理各种各样的大量的传感器信息。在这些系统中，信息表现形式的多样性，信息容量以及信息的处理速度等要求已经大大超出人脑的信息综合能力。处理各种各样的传感器信息意味着增加了待处理的信息量，很可能会涉及到在各传感器数据组之间数据的矛盾和不协调。在这样的情况下，多传感器信息融合技术（multi-sensorinformationfusion，mif）应运而生。“融合”是指采集并集成各种信息源、多媒体和多格式信息从而生成完整、准确、及时和有效的综合信息的过程。信息融合是针对一个系统中使用多种传感器（多个/或多类）这一特定问题而展开的一种信息处理的新研究方向。其实，信息融合是人类的一个基本功能，我们人类可以非常自如地把自己身体中的眼、耳、鼻、舌、皮肤等各个感官所感受到的信息综合起来，并使用先验知识去感知、识别和理解周围的事物和环境。

信息融合技术研究如何加工、协同利用信息，并使不同形式的信息相互补充，以获得对同一事物或目标的更客观、更本质的认识的信息综合处理技术。经过融合后的系统信息具有冗余性、互补性、实时性等特点。根据信息融合的定义，信息融合技术包括以下方面的核心内容：

（1）信息融合是在几个层次上完成对多源信息处理的过程，其中每一个层次都具有不同级别的信息抽象;

（2）信息融合包括探测、互联、相关、估计以及信息组合;

（3）信息融合的结果包括较低层次上的状态估计和身份估计，以及较高层次上的整个战术态势估计。

因此，多传感器是信息融合的硬件基础，多源信息是信息融合的加工对象，协调优化和综合处理是信息融合技术的核心。

信息融合的基本目标是通过信息组合而不是出现在输入信息中的任何个别元素，推导出更多的信息，这是最佳协同作用的结果。即利用多个传感器共同操作的优势，提高传感器系统的有效性用于融合的信息既可以是未经处理的原始数据，也可以是经过处理的数据，处理

后的数据既可以是描述某个过程的参数或状态估计，也可以是支持某个命题的证据或赞成某个假设的决策。在融合过程中，需要对这些性质不同，变化多样的信息进行复合推理，以改进分类器的决策能力。

信息融合（informationfusion）起初被称为数据融合（datafusion），起源于1973年美国国防部资助开发的声纳信号处理系统，其概念在20世纪70年代就出现在一些文献中。在20世纪90年代，随着信息技术的广泛发展，具有更广义化概念的“信息融合”被提出来。在美国研发成功声纳信号处理系统之后，信息融合技术在军事应用中受到了越来越广泛的青睐。20世纪80年代，为了满足军事领域中作战的需要，多传感器数据融合msdf（multi-sensordatafusion）技术应运而生。1988年，美国将c3i（command，control，commicationandintelligence）系统中的数据融合技术列为国防部重点开发的二十项关键技术之一。由于信息融合技术在海湾战争中表现出的巨大潜力，在战争结束后，美国国防部又在c3i系统中加入计算机（computer），开发了以信息融合为中心的c4i系统。此外，英国陆军开发了炮兵智能信息融合系统（aidd）和机动与控制系统（wavell）。欧洲五国还制定了联合开展多传感器信号与知识综合系统（skids）的研究计划。法国也研发了多平台态势感知演示验证系统（tsmpf）。军事领域是信息融合的诞生地，也是信息融合技术应用最为成功的地方。特别是在伊拉克战争和阿富汗战争中，美国军方的信息融合系统都发挥了重要作用。当前，信息融合技术在军事中的应用研究己经从低层的目标检测、识别和跟踪转向了态势评估和威胁估计等高层应用。20世纪90年代以来，传感器技术和计算机技术的迅速发展大大推动了信息融合技术的研究，信息融合技术的应用领域也从军事迅速扩展到了民用。目前，信息融合技术己在许多民用领域取得成效。这些领域主要包括：机器人和智能仪器系统、智能制造系统、战场任务与无人驾驶飞机、航天应用、目标检测与跟踪、图像分析与理解、惯性导航、模式识别等领域[1][2][3][4][5][6]。

我国对信息融合理论和技术的研究起步较晚，也是从军事领域和智能机器人的研究开始。20世纪90年代以后，信息融合的研究在我国逐渐形成高潮。不仅召开了关于数据融合的会议，出版了关于信息融合的专著和译著，国家自然科学基金和国家863计划也将其列入重点支持项目。目前已有许多高校和研究机构正积极开展这方面的研究工作，也分别在军用和民用方面取得了一些成果[7][8][9][10]。但是在信息融合模型、结构、算法等理论方面的原创性成果较少，与世界先进水平还有一定的差距。

2多传感器系统的特点与控制结构

传感器网络是将大量的具有通信盒计算能力的微小传感路节点，通过人工布设、空投、等方式设置在预定的监控区域，形成的智能自治测控网络系统，能够监测、感知和采集各种环境信息或监测对象的信息。传感器网络具有重要的科研价值和广泛的应用前景，它的出现引起了全世界的广泛关注，被公认为是将21世纪产生巨大影响的技术之一。

微电子技术的迅速发展奠定了设计使得将多种传感器集成一体，制造小型化、低成本、多功能的传感器成为了可能。大量的微电子传感器节点只有通过低功耗的无线电通讯技术连成网络才能够发挥整体的综合作用。

在通信方式上，无线电、红外、声等多种无线通信技术的发展为微传感器通信提供了多种选择，尤其是以ieee802.15.4为代表的短距离无线电通信标准。

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