多傳感器融合系統(tǒng)特點(diǎn)及體系結(jié)構(gòu)
所謂多傳感器信息融合(Multi-sensor Information Fusion,MSIF),就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將來(lái)自多傳感器或多源的信息和數(shù)據(jù),在一定的準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析和綜合,以完成所需要的決策和估計(jì)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)。隨著傳感器應(yīng)用技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)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)已形成一門熱門新興學(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(bǔ)和優(yōu)化組合處理,最終產(chǎn)生對(duì)觀測(cè)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(shù)據(jù)進(jìn)行合理支配與使用,而信息融合的最終目標(biāo)則是基于各傳感器獲得的分離觀測(cè)信息,通過(guò)對(duì)信息多級(jí)別、多方面組合導(dǎo)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(shì),而且也綜合處理了其它信息源的數(shù)據(jù)來(lái)提高整個(gè)傳感器系統(tǒng)的智能化。多傳感器融合系統(tǒng)具有四個(gè)顯著的特點(diǎn):
1、信息的冗余性:對(duì)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(zhǔn)確和可靠的信息。此外,信息的冗余性可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,從而能夠避免因單個(gè)傳感器失效而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)所造成的影響。
2、信息的互補(bǔ)性:不同種類的傳感器可以為系統(tǒng)提供不同性質(zhì)的信息,這些信息所描述的對(duì)象是不同的環(huán)境特征,它們彼此之間具有互補(bǔ)性。如果定義一個(gè)由所有特征構(gòu)成的坐標(biāo)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(dú)立。
3、信息處理的及時(shí)性:各傳感器的處理過(guò)程相互獨(dú)立,整個(gè)處理過(guò)程可以采用并行導(dǎo)熱處理機(jī)制,從而使系統(tǒng)具有更快的處理速度,提供更加及時(shí)的處理結(jié)果。
4、信息處理的低成本性:多個(gè)傳感器可以花費(fèi)更少的代價(jià)來(lái)得到相當(dāng)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(xiàn)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(dāng)?shù)摹?/p>
信息融合作為對(duì)多傳感器信息的綜合處理過(guò)程,具有本質(zhì)的復(fù)雜性。在信息融合處理過(guò)程中,根據(jù)對(duì)原始數(shù)據(jù)處理方法的不同,信息融合系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)直接送至中央處理器進(jìn)行融合處理,可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)融合,其數(shù)據(jù)處理的精度高,算法靈活,缺點(diǎn)是對(duì)處理器要求高,可靠性較低,數(shù)據(jù)量大,故難于實(shí)現(xiàn)。
2、分布式:每個(gè)傳感器對(duì)獲得的原始數(shù)據(jù)先進(jìn)行局部處理,包括對(duì)原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理、分類及提取特征信息,并通過(guò)各自的決策準(zhǔn)則分別作出決策,然后將結(jié)果送入融合中心進(jìn)行融合以獲得最終的決策。分布式對(duì)通信帶寬需求低、計(jì)算速度快、可靠性和延續(xù)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(jié)構(gòu)。它保留了上述兩類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),但在通信和計(jì)算上要付出較昂貴的代價(jià)。但是,此類系統(tǒng)也有上述兩類系統(tǒng)難以比擬的優(yōu)勢(shì),在實(shí)際場(chǎng)合往往采用此類結(jié)構(gòu)。