数据融合系统结构及数据准备资料学习教案.pptx
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1、数据融合数据融合(rngh)系统结构及数据准备资系统结构及数据准备资料料第一页,共57页。一数据(shj)融合系统结构形式第1页/共57页第二页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术3主要(zhyo)内容1 1、数据融合、数据融合(rngh)(rngh)的主要结构的主要结构2 2、数据融合系统的功能模型、数据融合系统的功能模型3 3、数据融合的层次、数据融合的层次第2页/共57页第三页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术4一)数据融合(rngh)的主要结构数据数据(shj)融合系统的主要结构形式融合系统的主要结构形式无反馈的分布式融合系统有反馈的分布式
2、融合系统有反馈的全并行融合系统集中式融合系统第3页/共57页第四页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术51、集中式融合(rngh)系统输出(shch)检测判定是指,多传感器扫描观测目标,实现信号检测;扫描过程中,各传感器进行独立的测量和判断,并将各种测量参数(目标特性参数和状态参数)报告给数据融合中心。第4页/共57页第五页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术6主要(zhyo)特点特点特点(tdi(tdin)n)可利用所有传感器的全部信息进行状态估计、速度估计和预测值计算。可利用所有传感器的全部信息进行状态估计、速度估计和预测值计算。主要优点主要优点
3、利用利用全部信息全部信息,系统的信息损失小,性能好,目标的状态、速度估计是最佳估计。,系统的信息损失小,性能好,目标的状态、速度估计是最佳估计。不足不足把把所有的原始信息所有的原始信息全部送给处理中心,通信开销太大,融合中心计算机的存储容量要大。对计算机要求高及数据关联困难。全部送给处理中心,通信开销太大,融合中心计算机的存储容量要大。对计算机要求高及数据关联困难。第5页/共57页第六页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术72、无反馈的分布式融合(rngh)系统特点特点(tdin):分布式分布式 融合系统所要求的通信开销小融合系统所要求的通信开销小融合中心计算机所需的存储
4、容量小融合中心计算机所需的存储容量小融合速度快融合速度快性能不如集中式融合系统性能不如集中式融合系统第6页/共57页第七页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术83、有反馈(fnku)的分布式融合系统特点特点(tdin):由融合中心到每个传感器有一个反馈通道,这有助于提高各个传感器状态估计和预测的精度。增加了通信量,在考虑其算法时,要注意参与计算之间的相关性。第7页/共57页第八页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术94、有反馈的全并行(bngxng)融合系统第8页/共57页第九页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术10主要主要(
5、zhyo)特点:特点:是全并行、有反馈的融合(rngh)结构通过传送通道,各传感器都存取其它传感器的当前估计,各传感器都独立地完成全部运算任务。系统有局部融合单元及全局融合单元,这是最复杂的融合系统,但它非常有潜力。这种结构方式可进行扩展,即把每个传感器扩展成一个包含多个传感器的平台。第9页/共57页第十页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术11数据(shj)融合系统结构的主要设计实现特点集中式处理(chl)结构:所有传感器数据都送到中心处理器处理和融合。所有数据对中心处理器都是可用的;可用较少种类的标准化处理单元;传感器在平台位置上的选择受限较少;所有的处理单元都在可接
6、近的位置,增强了 处理器的可维护性。优点如下:优点如下:第10页/共57页第十一页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术12 要求专门的数据总线;要求专门的数据总线;硬件改进或扩充困难;硬件改进或扩充困难;由于所有的处理由于所有的处理(chl)(chl)资源都在一个位置,所以易损资源都在一个位置,所以易损 性增加了;性增加了;分隔困难;分隔困难;软件开发和维护困难软件开发和维护困难(因为与一个传感器有关因为与一个传感器有关 的变化可以影响到其余部分的变化可以影响到其余部分)。缺点缺点(qudin)(qudin):集中式系统的主要应用集中式系统的主要应用 收集来自单个平台上的
7、多个传感器的数据,可形成诸如舰艇或战斗机的信息显示,也可用于检测对象相对单一的智能检测系统。第11页/共57页第十二页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术132)分布式处理(chl)结构 优点(yudin)如下:处理器连到每个传感器上以改进其性能;现有的平台数据总线(一般是低速的)可以频繁地使 用;分隔容易;增加新传感器或改进老传感器,可以更少地 触动系统软件和硬件。各传感器都有自己的处理器,进行预处理,然后把中间各传感器都有自己的处理器,进行预处理,然后把中间结果送到中心处理器进行融合处理。结果送到中心处理器进行融合处理。第12页/共57页第十三页,共57页。智能智能(
8、zh nn)信息处理技术信息处理技术14提供给中心处理器的有限数据,降低传感器融合的有效性;提供给中心处理器的有限数据,降低传感器融合的有效性;对于某些传感器,环境的严重干扰限制了处理器部件的选择,从对于某些传感器,环境的严重干扰限制了处理器部件的选择,从而增加了成本;而增加了成本;传感器位置传感器位置(wi zhi)(wi zhi)的选择受更多地限制;的选择受更多地限制;增加的各种单元降低了可维护性,增加了成本。增加的各种单元降低了可维护性,增加了成本。缺点(qudin):第13页/共57页第十四页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术15分布式系统的主要(zhyo)应用
9、大型军事防御系统(xtng),多参数或参数间交叉影响的智能检测系统(xtng)第14页/共57页第十五页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术16二)数据融合系统(xtng)的功能模型数据(shj)融合的通用功能模型(军事上,数据(shj)融合技术支持下的综合性信息处理过程)第15页/共57页第十六页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术17通用模型(mxng)的特点 分为(fn wi)四级处理 第一级处理的主要内容:第一级处理的主要内容:1)数据和图像的配准 2)关联 3)跟踪和识别 把从各个传感器接收的数据或图像在时间和空间 上进行校准,使它们有相同
10、的时间基准、平台和坐标系。时间配准:时间配准:将各测量值推算到统一的观测时间点上;空间配空间配准:准:对位置偏差进行估计和补偿。1)数据配准:第16页/共57页第十七页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术182 2)数据)数据(shj)(shj)关联:关联:把各个传感器送来的点迹与数据库中的各个航迹相关联,同时对目标位置进行预测,保持(boch)对目标进行连续跟踪;关联不上的那些点迹可能是新的点迹,也可能是虚警,保留下来,在一定条件下,利用新点迹建立新航迹,消除虚警。主要指身份或属性识别,给出目标的特征,以便进行态势和威胁评估。3 3)识别:)识别:第17页/共57页第十
11、八页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术192、第二级处理(chl)主要内容主要内容(nirng)(nirng):态势评估:态势评估1)态势提取2)态势分析3)态势预测1)态势提取从大量不完全的数据集合中构造出态势的一般表示,为前级处理提供连贯的说明。静态态势包括敌我双方兵力、兵器、后勤支援对比及综合战斗力估计;动态态势包括意图估计、遭遇点估计、致命点估计等。第18页/共57页第十九页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术202)态势(tish)分析包括实体(sht)合并,协同推理与协同关系分析,敌我各实体(sht)的分布和敌方活动或作战意图分析。包括
12、未来时刻敌方位置预测和未来兵力部属推理等。3)态势预测第19页/共57页第二十页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术213、第三级处理(chl)威胁(wixi)评估是关于敌方兵力对我方杀伤能力及威胁(wixi)程度的评估;具体包括综合环境判断、威胁等级判断及辅助决策。第20页/共57页第二十一页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术 4、第四级处理(chl)优化融合(rngh)处理,包括优化利用资源、优化传感器管理和优化武器控制,通过反馈自适应,提高系统的融合(rngh)效果说明:级”的概念并不意味各级之间有时序特性,这些过程经常并行处理第21页/共5
13、7页第二十二页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术23三)数据(shj)融合的层次 1 1、数据、数据(shj)(shj)层融合层融合2 2、特征层融合、特征层融合3 3、决策层融合、决策层融合第22页/共57页第二十三页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术241、数据层(像素(xin s)级)融合特点(tdin):1)直接在采集到的原始数据层上进行融合;直接在采集到的原始数据层上进行融合;2)原始观测信息未经预处理或只进行很少原始观测信息未经预处理或只进行很少的处理就进行数据综合分析,是最低层次的融合;的处理就进行数据综合分析,是最低层次的融合;3
14、)参与融合的传感器信息间具有一个像素的配参与融合的传感器信息间具有一个像素的配准精度。准精度。应用:多源图像复合、图像分析和理解同类雷达波形的直接合成多传感器数据融合的卡尔曼滤波等优点:1)能保持尽可能多的现场数据2)提供其他融合层次所不能提供的细微信息第23页/共57页第二十四页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术25局限性 1)所处理的传感器数据量大,处理代价(diji)高、时间长、实时性差;2)数据通信量较大(jio d),抗干扰能力较差;3)在信息的最低层进行的,由于传感器原始信息的不确定性、不完全性和不稳定性,要求在数据融合时有较高的纠错能力;4)各传感器信息之
15、间校准精度要求较高,各传感器信息应来自同质传感器。第24页/共57页第二十五页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术262、特征(tzhng)级融合对来自传感器的原始对来自传感器的原始(yunsh)(yunsh)信息进行特征提取信息进行特征提取(特征可以是被观特征可以是被观测对象的各种物理量测对象的各种物理量),然后对特征信息进行综合分析和,然后对特征信息进行综合分析和处理。处理。特征级融合属于中间层次,融合过程为:1)提取特征信息(数据信息表示量或统计量)2)按特征信息对多传感器数据进行分类、综合和分析。特征级融合分类:1)目标状态数据融合2)目标特性融合第25页/共57
16、页第二十六页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术271)特征级目标状态(zhungti)数据融合主要(zhyo)应用:多传感器目标跟踪领域融合过程:对传感器数据进行预处理以完成数据校准;实现参数相关的状态向量估计。第26页/共57页第二十七页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术282)特征(tzhng)级目标特性融合 在融合前必须先对特征进行相关处理(chl),把特征向量分成有意义的组合。优点:优点:实现可观的信息压缩,有利于实时处理;所提取的特征直接与决策分析有关,融合结果能最大限度地给出决策分析所需特征信息。应用:应用:C3I系统第27页/共57
17、页第二十八页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术293、决策(juc)级融合特点特点(tdin)(tdin):1)是一种高层次融合,其结果为检测、控制、指挥、决策提供依据;2)首先利用传感器提供的信息对目标属性进行独立处理,再对各传感器的处理结果进行融合,最后得到整个系统的决策。第28页/共57页第二十九页,共57页。智能智能(zh nn)信息处理技术信息处理技术30主要(zhyo)优点1)融合中心处理代价(diji)低,具有很高灵活性;2)通信量小,抗干扰能力强;3)当一个或几个传感器出现错误时,通过适当融合,系统还能获得正确结果,具有容错性;4)对传感器的依赖性小,传
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