多傳感器融合系統特點(diǎn)及體系結構

所謂多傳感器信息融合(Multi-sensor Information Fusion,MSIF)，就是利用計算機技術(shù)將來(lái)自多傳感器或多源的信息和數據，在一定的準則下加以自動(dòng)分析和綜合，以完成所需要的決策和估計而進(jìn)行的信息處理過(guò)程。

多傳感器信息融合是用于包含處于不同位置的多個(gè)或者多種傳感器的信息處理技術(shù)。隨著(zhù)傳感器應用技術(shù)、數據處理技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)和工業(yè)化控制技術(shù)的發(fā)展成熟，多傳感器信息融合技術(shù)已形成一門(mén)熱門(mén)新興學(xué)科和技術(shù)。

多傳感器信息融合技術(shù)的基本原理就像人的大腦綜合處理信息的過(guò)程一樣，將各種傳感器進(jìn)行多層次、多空間的信息互補和優(yōu)化組合處理，最終產(chǎn)生對觀(guān)測環(huán)境的一致性解釋。在這個(gè)過(guò)程中要充分地利用多源數據進(jìn)行合理支配與使用，而信息融合的最終目標則是基于各傳感器獲得的分離觀(guān)測信息，通過(guò)對信息多級別、多方面組合導出更多有用信息。這不僅是利用了多個(gè)傳感器相互協(xié)同操作的優(yōu)勢，而且也綜合處理了其它信息源的數據來(lái)提高整個(gè)傳感器系統的智能化。多傳感器融合系統具有四個(gè)顯著(zhù)的特點(diǎn)：

1、信息的冗余性：對于環(huán)境的某個(gè)特征，可以通過(guò)多個(gè)傳感器(或者單個(gè)傳感器的多個(gè)不同時(shí)刻)得到它的多份信息，這些信息是冗余的，并且具有不同的可靠性，通過(guò)融合處理，可以從中提取出更加準確和可靠的信息。此外，信息的冗余性可以提高系統的穩定性，從而能夠避免因單個(gè)傳感器失效而對整個(gè)系統所造成的影響。

2、信息的互補性：不同種類(lèi)的傳感器可以為系統提供不同性質(zhì)的信息，這些信息所描述的對象是不同的環(huán)境特征，它們彼此之間具有互補性。如果定義一個(gè)由所有特征構成的坐標空間，那么每個(gè)傳感器所提供的信息只屬于整個(gè)空間的一個(gè)子空間，和其他傳感器形成的空間相互獨立。

3、信息處理的及時(shí)性：各傳感器的處理過(guò)程相互獨立，整個(gè)處理過(guò)程可以采用并行導熱處理機制，從而使系統具有更快的處理速度，提供更加及時(shí)的處理結果。

4、信息處理的低成本性：多個(gè)傳感器可以花費更少的代價(jià)來(lái)得到相當于單傳感器所能得到的信息量。另一方面，如果不將單個(gè)傳感器所提供的信息用來(lái)實(shí)現其他功能，單個(gè)傳感器的成本和多傳感器的成本之和是相當的。

信息融合作為對多傳感器信息的綜合處理過(guò)程，具有本質(zhì)的復雜性。在信息融合處理過(guò)程中，根據對原始數據處理方法的不同，信息融合系統的體系結構主要有三種：集中式、分布式和混合式。

1、集中式：集中式將各傳感器獲得的原始數據直接送至中央處理器進(jìn)行融合處理，可以實(shí)現實(shí)時(shí)融合，其數據處理的精度高，算法靈活，缺點(diǎn)是對處理器要求高，可靠性較低，數據量大，故難于實(shí)現。

2、分布式：每個(gè)傳感器對獲得的原始數據先進(jìn)行局部處理，包括對原始數據的預處理、分類(lèi)及提取特征信息，并通過(guò)各自的決策準則分別作出決策，然后將結果送入融合中心進(jìn)行融合以獲得最終的決策。分布式對通信帶寬需求低、計算速度快、可靠性和延續性好，但跟蹤精度沒(méi)有集中式高。

3、混合式：大多情況是把上述二者進(jìn)行不同的組合，形成一種混合式結構。它保留了上述兩類(lèi)系統的優(yōu)點(diǎn)，但在通信和計算上要付出較昂貴的代價(jià)。但是，此類(lèi)系統也有上述兩類(lèi)系統難以比擬的優(yōu)勢，在實(shí)際場(chǎng)合往往采用此類(lèi)結構。