信息融合技术在实际应用中的作用

由于信息融合技术可以带来许多特殊效益,因此在军用和民用领域均得到了广泛应用。军用信息融合与民用信息融合之间存在着明显差别,造成这些差别的原因是大部分民用系统在“人为设计的世界”或温和的现实世界中运行,而大部分军事系统必须在敌对的现实世界中运行。

现阶段,信息融合理论与技术在民用方面的应用主要包括以下几个方面：工业过程监视；工业机器人,如用于物料搬运、零件制造、检验和装配；智能制造系统,包括各种智能加工机床、工具和材料传送、准备装置、检测和试验装置、装配装置；遥感,如识别和监视地貌、气象、矿产资源、植物生长、环境条件和威胁情况；患者照顾系统；船舶避碰与交通管制系统,指依靠雷达、声呐、信标、灯塔、气象水文、全球定位系统等传感器提供的信息以及航道资料数据来实现船舶的安全航行和水域环境保护；空中交通管制,其由导航设备、监视和控制设备、通信设备和人员四个部分组成,用于建立安全、高效而又秩序井然的空中交通；智能驾驶系统；网络入侵检测；火灾报警；等等。

信息融合理论与技术起源于军事领域,在军事上应用最早、范围最广,包括从单兵作战、单平台武器系统到战术和战略指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察任务的广阔领域。具体应用领域有：采用多源的自主式武器系统和自备式运载器；采用单一武器平台,如舰艇、机载空中警戒、地面站、航天目标监视或分布式多源网络的广域监视系统；采用多个传感器进行截获、跟踪和指令制导的火控系统；情报收集系统；敌情指示和预警系统,其任务是对威胁和敌方企图进行估计；军事力量的指挥和控制站；网络中心战；海面单一态势图；全源信息分析系统；等等。其中,信息融合技术在海军中的应用具有特殊性和典型性,其具体应用包括海军控制指挥中心(执行战略指挥和控制任务,范围包括从海军控制中心、海军监视情报系统、反潜战指挥控制中心到舰队指挥中心)、舰队指挥中心(协助舰队指挥员完成整个舰队的情报搜集和目标信息融合,估计敌方威胁和战略、战术意图,接收海军指挥中心的指令和情报,向海军指挥控制中心报告敌情,向本舰队所属各舰发布消息和指令)、海上机动编队指挥中心(以各舰上报信息为基础,实现海上多平台、多源的信息融合)、舰艇指挥中心(收集、综合本舰作战区域内的敌情并报告上级指挥中心,接收上级指挥中心的情报和命令,协助舰艇指挥员完成本舰的作战指挥)、单个作战武器控制系统、舰载传感器效能评价和动态组合系统等。

将信息融合技术应用到导航中,可以充分发挥不同导航系统的独特性；利用多种信息源来构成一种有冗余度和导航准确度更高的多功能系统,可以充分改善系统精度、降低误差、加强系统的抗干扰能力。常见的应用信息融合技术的导航系统有惯性/卫星组合导航系统、惯性/多普勒组合导航系统、惯性/天文导航系统等。(www.xing528.com)

随着信息融合技术的日益发展,导航系统开始从单一的导航系统向组合导航系统发展,导航信息的处理方法也由单一系统的信息处理向多源信息融合的方向发展。在导航方面的信息融合也可以理解为,利用计算机技术对按照时序获得的若干导航传感器的观测信息在一定准则下加以自动分析、综合,以完成所需要的决策和估计任务而进行的一种信息处理过程。目前国内外的信息融合方法有加权平均信息融合方法、贝叶斯估计信息融合方法、D-S证据理论、模糊逻辑法、神经网络方法、卡尔曼(Kalman)滤波信息融合方法、专家系统方法等。

在组合导航系统,有量测信息量多、数据处理困难的特定问题。多传感器(如惯性导航系统中的陀螺仪和加速度计、卫星导航接收机等)是信息融合系统的硬件基础,它们获得的原始量测数据是融合的对象,将其按照一定的结构方式进行融合处理,则具有最优估计的融合算法就会成为整个系统的核心。各子系统所测量的信息在种类和形式上都有所不同,既可能有距离、速度,也可能有角度、加速度等。融合系统对这些数据进行预处理并完成数据配准,即通过坐标变换和单位换算,把各个传感器输入的数据转换成统一的表达形式,然后将各量测系统所获得信息的分析结果按照一定的算法进行融合,从而得到最终的目标状态估计。

INS/GPS组合导航系统是最经典也是目前使用得最广泛的组合导航方式,无论在军事领域(如巡航导弹的导航系统)还是在民用领域(如客机的自动飞行系统),其都常被使用。惯性导航系统(INS)的最大优点是可以在不依赖任何外界信息的情况下实现自主导航,但其定位误差随着时间不断积累。全球定位系统(GPS)具有高精度、实时、连续导航等优点,但它是非自主式导航系统,在动态环境和受到遮挡时容易出现“丢星”现象而导致定位中断。INS与GPS具有很强的互补性和非相似性,将其组合后取长补短,可以充分利用各子系统的信息,提高导航精度和可靠性,扩大使用范围。另外,信息融合在其他组合导航方式中的应用也取得了很好的效果。例如,在UAV组合导航系统(无线电导航、多普勒导航、地形辅助导航、景象匹配导航)中,通过使用联邦卡尔曼滤波的信息融合方法对组合系统进行优化组合,提高了定位精度,能满足战术指标的要求。