現代化戰爭中的多感測器資訊融合技術研究牛志一摘要 資訊融合是對現代化資訊戰爭具有重要意義的一門新型學科。本文介紹了多感測器資訊融合的定義、原理、方法、層次和結構，提出了現代化戰場資訊融合系統作戰體系結構和功能體系結構，對多感測器資訊融合系統技術進行了較為全面的**
1 引言
現代科學技術在軍事領域的廣泛應用, 使得現代戰爭突破了傳統模式,發展成為陸、海、空、天、電磁五位一體的立體戰爭。 在現代戰術系統中, 依靠單一的感測器提供資訊已無法滿足作戰需要, 必須運用多感測器提供觀測資訊, 實時進行目標發現、優化綜合處理來獲得狀態估計、目標屬性、態勢評估、威脅估計等作戰資訊.
在多感測器系統中，資訊表現形式多樣，資訊數量巨大，同時要求資訊處理迅速及時，人腦的資訊綜合處理能力已經無法勝任，因此，乙個新興的學科——多感測器資訊融合便迅速發展起來，並在現代化c4i系統和各種**平台上得到了廣泛的應用。
2 多感測器資訊融合技術概述
2．1資訊融合的定義
資訊融合是近30年來興起的新技術, 到現在為止對於它的定義仍然有著多種不同的說法。目前被普遍接受的有關資訊融合的定義, 是1991 年由美國三軍**組織——實驗室理事聯合會jdl (joint directors of laboratories) 提出 , 1994 年由澳大利亞dsto (defense science and techno logy organization) 加以擴充套件的。 它將資訊融合定義為一種多層次、多方面的處理過程, 包括對多源資料進行檢測、相關、組合和估計, 從而提高狀態和特性估計的精度, 以及對戰場態勢和威脅及其重要程度進行適時的完整評價.
2．2資訊融合的基本原理
多感測器資訊融合實際上是對人腦綜合處理複雜問題的一種功能模擬，它的基本原理就是像人腦綜合處理資訊的過程一樣，充分利用多個感測器資源，通過對各種感測器及其觀測資訊的合理支配與使用，將各種感測器在空間和時間上的互補與冗餘資訊依據某種優化準則組合起來，產生對觀測環境的一致性解釋和描述。
2．3資訊融合技術的發展
2023年，美國研究機構在國防部的資助下，開展了聲納訊號理解系統的研究，這可以被看作是最早的關於資訊融合方面的研究。從那以後，資訊融合技術便迅速發展起來。20世紀70年代末，在公開出版的技術文獻中開始出現基於多感測器資訊綜合意義的融合一詞。2023年，美國國防部把資訊融合技術列為90年代重點研究開發的二十項關鍵技術之一，且列為最優先發展的a類。美國三軍**組織——實驗室理事聯席會（jdl）下設的c3技術委員會（tp c3）專門成立了資訊融合專家組來組織和指導有關的工作。有人統計, 1991 年美國已有54 個資料融合系統引入到軍用電子系統中去, 其中87% 已有試驗樣機、試驗床或已被應用。
目前世界上主要軍事大國都競相開始投入大量人力、物力和財力進行資訊融合技術的研究，安排了大批研究專案，並已取得大量研究結果。到目前為止，美、英、德、法、意、日、俄等國已研製出上百個軍用資訊融合系統，比較典型的有：tcac——戰術指揮控制，beta——戰場利用和目標截獲系統，asas——全源分析系統，dagr——輔助空中作戰命令分析專家系統，part——軍用雙工無線電/雷達瞄準系統，amsvi——自動多感測器部隊識別系統，trwds——目標獲取核**輸送系統，aidd——炮兵情報資料融合和analyst——地面部隊戰鬥態勢評定系統等。
國內關於資訊融合技術的研究則起步相對較晚。20世紀80年代初，人們開始從事多目標跟蹤技術研究，到了80年代末才開始出現有關多感測器資訊融合技術研究的報道。當時，人們對它的含義有著不同的理解，主要的提法有：資料合成，資料彙編，資料匯集，資料總和，資料融合等。20世紀90年代初，這一領域在國內才逐漸形成高潮。在**、軍方和各種**部門的資助下，國內一批高校和研究所開始廣泛從事這一技術的研究工作，出現了大批理論研究成果。與此同時，也有幾部資訊融合領域的學術專著和譯著出版。到了20世紀90年代中期，資訊融合技術在國內已發展成為多方關注的共性關鍵技術，出現了許多熱門研究方向，許多學者致力於機動目標跟蹤、分布監測融合、多感測器跟蹤與定位、分布資訊融合、目標識別與決策資訊融合、態勢評估與威脅估計等領域的理論及應用研究，相繼出現了一批多目標跟蹤系統和有初步綜合能力的多感測器資訊融合系統。目前新一代艦載，機載，彈載和各種c4i系統正在向多感測器資訊融合方向發展，預計21世紀將有一批多感測器資訊融合系統。
3 多感測器資訊融合的層次和結構
3．1資訊融合的層次
多感測器資訊融合一般可以分為三層：資料級融合，特徵級融合和決策級融合。
● 資料級融合
資料級融合又稱畫素級融合, 它是最低層次的融合, 是在採集到的感測器的原始資訊層次上(未經處理或只做很小的處理) 進行融合, 在各種感測器的原始測報資訊未經預處理之前就進行資訊的綜合和分析。其優點是保持了盡可能多的戰場資訊. 其缺點是處理的資訊量大, 所需時間長, 實時性差。這種融合通常用於: 多源影象復合、影象分析和理解; 同類(同質) 雷達波形的直接合成以改善雷達訊號處理的。
● 特徵級融合
特徵級融合屬於融合的中間層次, 兼顧了資料層和決策層的優點. 它利用從感測器的原始資訊中提取的特徵資訊進行綜合分析和處理。也就是說, 每種感測器提供從觀測資料中提取的有代表性的特徵, 這些特徵融合成單一的特徵向量, 然後運用模式識別的方法進行處理. 這種方法對通訊頻寬的要求較低, 但由於資料的丟失使其準確性有所下降。
● 決策級融合
將多個感測器的識別結果進行融合. 這一層融合是在高層次上進行的, 融合的結果為指揮控制決策提供依據。決策層融合的優點是: 具有很高的靈活性, 系統對資訊傳輸頻寬要求較低;能有效地融合反映環境或目標各個側面的不同型別資訊, 具有很強的容錯性; 通訊容量小, 抗干擾能力強; 對感測器的依賴性小, 感測器可以是異質的; 融合中心處理代價低。
3．2多感測器資訊融合的結構
多感測器資訊融合的結構模型主要有4 種形式：集中式、分布式、混合式和分級式。
集中式結構中所有感測器將原始資訊傳輸到融合中心, 由**處理設施統一處理. 集中式融合的最大優點是資訊損失最小, 但資料互聯較困難。並且它只有當接受到來自所有的感測器資訊後, 才對資訊進行融合，所以, 通訊負擔重, 融合速度慢，系統的生存能力也較差。
分布式結構的特點是：每個感測器的資訊進入融合以前，先由它自己的資料處理器進行處理。融合中心依據各區域性檢測器的決策, 並考慮各感測器的置信度, 然後在一定準則下進行分析綜合,做出最後的決策。在分布式多感測器資訊融合系統中, 每個節點都有自己的處理單元, 不必維護較大的集中資料庫, 都可以對系統作出自己的決策, 融合速度快, 通訊負擔輕, 不會因為某個感測器的失效而影響整個系統正常工作，所以, 它的具有較高的可靠性和容錯性, 但由於資訊壓縮導致資訊丟失, 因而會影響融合精度。
混合式結構同時傳輸探測資訊和經過區域性節點處理後的資訊，它保留了上述兩類結構的優點，但在通訊和計算上要付出昂貴的代價。
分級式結構又分為有反饋結構和無反饋結構，在分級融合中, 資訊從低層到高層逐層參與處理, 高層節點接收低層節點的融合結果, 在有反饋時, 高層資訊也參與低層節點的融合處理。 分級融合結構各感測器之間是一種層間有限聯絡, 其計算和通訊負擔介於集中式結構和分布式結構之間。
3．3多感測器資訊融合的方法
資訊融合雖然是一門年輕的新興學科，但從誕生之日起就表現出旺盛的活力，30年來基於各種理論的方法層出不窮。根據目前的研究成果，這些方法可以歸納為五類。
● 概率統計數學類：包括最大似然法、貝葉斯方法等，用於目標探測、識別、分類，航跡融合；
● 不確定性數學類：主要是dempster-shafer（簡稱d-s）證據推理方法；
● 模糊數學類；
● 智慧型理論類：包括人工智慧、專家系統、人工神經網路、人工生命及其綜合；
● 基於隨機集與關係代數類。
4 多感測器資訊融合的體系結構
4．1感器資訊融合系統作戰體系結構
多感測器資訊融合系統功能體系結構立足於融合可信，按需分配的要求，瞄準未來資訊化戰場需求,著眼於提高資訊採集和資訊融合能力,突破以往多感測平台只限於單平台多感測部件的概念,將各種雷達，電子對抗，部隊偵察，技術偵察和航天偵察裝備作為戰場多感測平台系統,以綜合整合的方式運用,全面提高部隊資訊化作戰能力。基於資訊融合的資訊化戰場多感測平台的作戰體系結構如圖1所示。
圖1 系統作戰體系結構圖
4．2多感測器資訊融合系統功能體系結構。
從多感測平台作戰體系結構圖可看出,隨著融合處理層次的提高,融合處理結果的抽象層次也隨之提高.。通過這種多層次的資訊融合,實現資訊化戰場各感測平台(裝備) 在目標分類、跟蹤與識別、態勢評估、威脅估計等方面的功能.。多感測平台面向結果的功能體系結構如圖 2所示。
一級處理相當於最低層次的資料級融合。它對來自於同等量級的感測器原始資料直接進行融合，有了融合的感測器資料之後就可以完成像單感測器一樣的識別處理過程。
二級處理相當於中間層次的特徵級融合。 它利用從感測平台的原始資訊中提取的特徵資訊進行綜合分析和處理。二級處理可實現戰場資訊的大幅壓縮,有利於實時處理,融合結果能最大限度地給出作戰決策分析所需的特徵資訊.
**處理相當於最高層次的決策級融合， 融合結果為作戰指揮控制決策提供依據。
5 結束語
資訊融合技術正在迅猛發展，滲透到現代化戰爭的各個領域。如何恰當和充分地利用這一技術概念進行資訊處理，從而增強部隊的戰鬥力，還有諸多課題，演算法需要探索和研究。但是毫無疑問的是，隨著計算機技術和感測器技術的發展，資訊融合技術必將在現代化中發揮越來越重要的作用。
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