基于信息融合技术的多传感器系统

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1、湖南省电工技术学会2004学术年会论文集基于信息融合技术的多传感器系统康中尉罗飞路(国防科技大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073)摘要本文介绍了使用了多种传感器技术，并采用数据融合技术进行指挥控制的船载火炮指挥控制系统的设计；文中详尽的论述了各待感器的构成及工作原理，并介绍了信息融合技术及其应用。关键词传感器信息融合指挥控制近20年来，由于超大规模集成(VLSI)和超高速集成电路(VHSIC)，高精度数控机床，计算机辅助设计和制造，以及其他设计和生产的改进，传感器性能的大大提高，各种面向复杂应用背景的军用或民用

2、多传感器信息系统也随之大量涌现。在多传感器系统中，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，都大大超过了人脑的信息综合能力，因此出现了信息融合技术。信息融合技术亦即多传感器数据融合技术就是指：利用计算机技术对按时序获得的若干传感器的观测信息在—定准则下加以自动分析、综合以完成所需的决策和估计任务而进行的信息处理过程。本文将要介绍的多传感器系统是船载火炮系统，其传感器包括以下几个部分：船体位置传感器、船体姿态传感器、火炮姿态传感器以及环境气象综合测试传感器，系统就是将来自以上四个部分的数据进行融合，并进行相

3、应的处理，以得到火炮所需的实时的射击诸元信息，最终实现船载火炮的自动射击。1多传感器数据融合原理介绍多传感器数据融合是人类或其他逻辑系统中常见的基本功能，在某种意义讲是指模仿人脑综合处理复杂问题。各种传感器的信息具有不同的特征：实时的或者非实时的，快变的或者缓变的，模糊的或者确定的，相互支持或者相互补偿，也可能是互相矛盾或竞争。多传感器数据融合的基本原理就是像人脑综合处理信息一样，充分利用多个传感器资源，通过对这些传感器及其观测信息的合理支配和使用，把多个传感器在空间或时间上的冗余或互32补信息以及某种准则来进行组合，

4、以获得被测对象的一致性解释和描述。数据融合的目标是通过数据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或联合操作的优势，提高传感器系统的功能。多传感器数据融合系统较单传感器信号处理或低层次的多传感器信号处理方式相比，它是～种在更高层次上模仿人脑功能的系统，能更有效的利用传感器的资源，与经典信号处理方法相比，也有着本质的区别，关键在于它所处理的多传感器信息具有更复杂的形式，而且可以在不同的信息层次上出现，这些信息抽象层次包括数据层(像素层)、特征层和决策层(证据

5、层)。数据融合系统分为两类：一类是局部和自各式，收集来自单个平台上多个传感器的数据，这种类型的融合系统可形成有关诸如舰艇或战斗机的信息显示；一类是全局或区域融合，它组合和相关来自空间和时间上各不相同的多平台多个传感器的数据：本文介绍的系统属于前一种，各种不同传感器系统采集的数据都是船体平台的以及在此平台建立起来的各种数据信息。数据融合的级别按照数据抽象的三个层次分为三级：像素级融合、特征级融合以及决策级融合。像素级融合是直接在采集到的原始数据层上进行融合，在各种传感器的原始数据未经预处理之前就进行数据的综合和分析，是最

6、低层次的融合：特征级融合属于中间层次，它对来自传感器的原始信息进行特征提取，并对特征信息进行综合分析和处理；决策级融合是一种高层次融合，结果为指挥控制决策提供依据，因此要求必须从具体决策问题的需求出发，充分利用特征级湖南省电工技术学会2004学术年会论文集融合所提取的测量对象的各类特征信息，采用适合的融合技术实现。本文介绍的系统的数据融合级别属于决策级融合，将采集的各种数据在决策系统的结构框图如下所示：层进行融台，直接为控制指挥提供相应的有用信息。2系统的总体结构火炮姿态测量及I火炮姿态铡量及II火炮姿卷测量及jI{}

7、n适配量U主控计算机jf总线ji禺禺nj}I综合观铡仪lI接收数据II陀螺惯性组合lg竹l观测平台l／天GPs卫星天线船体姿态测量系统圈1系统工作原理图本系统使用了多种传感器，不同的传感器为系统提供不同的信息量，其中船体姿态测量系统利用了GPS以及惯性组合对船体的实时状态进行测量，综合观捌仪式利用温度、压力、速度传感器等完成对环境的测量，提供系统的射击参数；火炮姿态测量系统则是利用位移传感器等测量火炮的转动量，下面再详尽地论述一下各部分传感器的构成及其工作原理。3系统传感器构成及工作原理3．1船体位置传感器船体位置传感

8、器采用的是全球定位系统GPS)，它有两种定位方式：静态定位和动态定位。静态定位是指将接受机静置于测站上数分钟至1小时或更长的时间进行观测，以确定一个点在WGS一84坐标系中的三维坐标．或两个点之间的相对位置，而动态测量则至少有一台接收机处于运动状态，测定的是个观测历元相应的运动中的点位。测距码伪距就是由卫星发射的测距码到观测站的传