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(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(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)。