信息融合技術(shù)在軍民領(lǐng)域的應(yīng)用

夏曉忠

由于信息技術(shù)充分利用了多源數(shù)據(jù)的互補(bǔ)性和電子計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算和智能，提高了信息的融合度和處理質(zhì)量而受到廣泛的關(guān)注。

信息融合就好比人總是用各種感官（眼、耳、鼻、舌、身）接受外界信息，眼睛看到的是畫面，耳朵聽(tīng)到的是聲音，鼻子聞到的是氣味，舌頭嘗到的是味道，身體感受到的是溫度、壓力等。根據(jù)美國(guó)國(guó)防部給出的定義：信息融合是一個(gè)對(duì)從單個(gè)和多個(gè)信息源獲取的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)、相關(guān)和綜合，以獲得精確的位置和身份認(rèn)證，以及對(duì)態(tài)勢(shì)和威脅進(jìn)行全面及時(shí)評(píng)估的信息處理過(guò)程；該過(guò)程是對(duì)其進(jìn)行估計(jì)、評(píng)估的一個(gè)持續(xù)精練過(guò)程，同時(shí)也是信息處理過(guò)程不斷自我修正的一個(gè)過(guò)程，以獲得結(jié)果的改善。通俗的說(shuō)法是信息融合就是數(shù)據(jù)融合但其內(nèi)涵更廣泛、更確切、更合理，也更具有概括性不僅包括數(shù)據(jù)，而且包括了信號(hào)和知識(shí)。

隨著各行各業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)逐漸擴(kuò)大，所需的功能也越來(lái)越復(fù)雜，使用的傳感器種類也相應(yīng)增多。原先的單一傳感器檢測(cè)技術(shù)難以滿足要求，多傳感器融合技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。多傳感器融合技術(shù)就是對(duì)同一檢測(cè)對(duì)象，利用各種傳感器檢測(cè)的信息和不同的處理方法以獲得該對(duì)象的全面檢測(cè)信息，從而提高檢測(cè)精度和可靠性。在多傳感器系統(tǒng)中，信息表現(xiàn)為多樣性、復(fù)雜性以及大容量，信息處理不同于單一的傳感檢測(cè)處理技術(shù)，多傳感器信息融合技術(shù)已成為當(dāng)前的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。

信息融合是一種信息處理技術(shù)，它用于解決以下兩種情況下的信息處理：即同一個(gè)系統(tǒng)使用多個(gè)傳感器和多個(gè)系統(tǒng)使用多個(gè)傳感器。因此，信息融合的研究對(duì)象主要是多傳感器系統(tǒng)，包括對(duì)多種目標(biāo)的探測(cè)、識(shí)別和跟蹤，以及戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、態(tài)勢(shì)感知、威脅評(píng)估、決策支持等。其目的是把來(lái)自多傳感器或多源的被測(cè)目標(biāo)信息進(jìn)行綜合處理，獲得一個(gè)完整、準(zhǔn)確和可靠的數(shù)據(jù)。

多傳感器信息融合與單傳感器信號(hào)處理相比，單傳感器信號(hào)處理是對(duì)人腦信息處理的一種低水平模仿，不能像多傳感器信息融合那樣有效的利用更多的信息資源，而多傳感器信息融合可以更大程度地獲得被測(cè)目標(biāo)和環(huán)境的信息量。多傳感器信息融合與經(jīng)典信號(hào)處理方法之間也存在本質(zhì)的區(qū)別，關(guān)鍵在信息融合是由多個(gè)傳感器組合成平行或互補(bǔ)方式來(lái)獲得多組數(shù)據(jù)輸出的一種處理方法，是一種最基本的方式，涉及的問(wèn)題有輸出方式的協(xié)調(diào)、綜合以及傳感器的選擇。

信息融合的研究?jī)?nèi)容極其豐富，涉及的基礎(chǔ)理論也非常廣泛，而信息融合方法是信息融合研究的核心技術(shù)。日前融合方法大致可以分兩類：概率統(tǒng)計(jì)方法和人工智能方法。

信息融合在軍事上的應(yīng)用是在敵對(duì)的現(xiàn)實(shí)世界中進(jìn)行的。在敵對(duì)的現(xiàn)實(shí)世界里，被觀測(cè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)基本上是未知的、難以預(yù)測(cè)的或不易確定的，它與傳感器系統(tǒng)之間的關(guān)系是敵對(duì)的、不合作的，它會(huì)利用速度快、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)躲避傳感器的探測(cè)，甚至干擾傳感器的探測(cè)或發(fā)送虛假信息，傳感器獲得的信息可能是不連續(xù)的、間斷的，數(shù)據(jù)率也基本上是不固定的。被觀測(cè)目標(biāo)的這些特點(diǎn)對(duì)信息融合系統(tǒng)提出了較高的要求，如系統(tǒng)要有可變的響應(yīng)特性，快速、精確的信息處理能力，必要時(shí)還要求人工干預(yù)等。軍事應(yīng)用是多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)誕生的源泉，主要用于包括軍事目標(biāo)的檢測(cè)、定位、跟蹤和識(shí)別。這些目標(biāo)可以是靜止的，也可以是運(yùn)動(dòng)的。具體應(yīng)用包括海洋監(jiān)視、空對(duì)空、地對(duì)空防御系統(tǒng)。海洋監(jiān)視系統(tǒng)包括潛艇、魚雷、水下導(dǎo)彈等日標(biāo)的檢測(cè)、跟蹤和識(shí)別，典型的傳感器包括雷達(dá)、聲納、遠(yuǎn)紅外、綜合孔徑雷達(dá)等?？諏?duì)空、地對(duì)空防御系統(tǒng)的基本日標(biāo)是榆測(cè)、跟蹤、識(shí)別敵方飛機(jī)、導(dǎo)彈和反飛機(jī)武器，典型的傳感器包括雷達(dá)、ESM接收機(jī)、遠(yuǎn)紅外、敵我識(shí)別傳感器、電光成像傳感器等。

現(xiàn)實(shí)中，美國(guó)、俄羅斯等一些西方軍事強(qiáng)國(guó)已經(jīng)將信息融合技術(shù)應(yīng)用到軍事領(lǐng)域。如應(yīng)用到軍用飛機(jī)，現(xiàn)代軍用飛機(jī)通常采用多種機(jī)載探測(cè)系統(tǒng)，飛機(jī)作為整個(gè)全域信息網(wǎng)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它接收來(lái)自預(yù)警機(jī)、無(wú)人機(jī)、友機(jī)的探測(cè)信息，將各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，為飛行員提供一個(gè)唯一的跟蹤和識(shí)別目標(biāo)，以免重復(fù)跟蹤。美國(guó)的F/A-22“猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)搭載綜合航空電子系統(tǒng)，它具有對(duì)綜合傳感器的融合能力，包括對(duì)雷達(dá)、通信、導(dǎo)航信息的識(shí)別和融合。F/A-22采用集成處理器（CIP）處理電子信號(hào)，轉(zhuǎn)換為清晰簡(jiǎn)明的戰(zhàn)場(chǎng)情況圖像，供飛行員使用。俄羅斯的第三代米格-29和蘇-27戰(zhàn)斗機(jī)都配備了先進(jìn)的氦Ts-101系列火控計(jì)算機(jī)，它能將紅外瞄準(zhǔn)、激光、光學(xué)和多模式雷達(dá)輸入信號(hào)融合，具有一定的多傳感器數(shù)據(jù)融合能力。法國(guó)的“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)裝有RBE2雙軸多功能電子掃描火控雷達(dá)、前扇區(qū)光學(xué)系統(tǒng)（OSF）和防御輔助子系統(tǒng)（DASS），能將這三個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合，以保持在“低可探測(cè)性”的條件下發(fā)揮各個(gè)系統(tǒng)的最大效能。英國(guó)為提高直升機(jī)飛行員在惡劣氣象條件下的目標(biāo)感知能力，進(jìn)行了用護(hù)目鏡投影圖像作為輔助飛行的技術(shù)試驗(yàn)，投影圖像由多譜傳感器和激光障礙物傳感器生成，投影在飛行員的頭盔護(hù)目鏡上，為飛行員提供地形威脅（如塔狀物、高架電纜）告警。

信息融合在民事領(lǐng)域主要用于機(jī)器人、智能制造、智能變通、醫(yī)療診斷、遙感、刑偵和保安等領(lǐng)域。多傳感器信息融合技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用引起了工業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)的改變，主要體現(xiàn)在智能檢測(cè)系統(tǒng)。機(jī)器人使用電視圖像、聲音、電磁等數(shù)據(jù)的融合來(lái)進(jìn)行推理，以完成物料搬運(yùn)、零件制造、檢驗(yàn)和裝配等工作。智能制造系統(tǒng)包括各種智能加工機(jī)床、工具和材制傳送裝置、檢測(cè)和試驗(yàn)裝置以及有效地利用多傳感器所提供的冗余信息，融合方法研究也還處于初步階段。

信息融合的研究方向涉及傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信、人工智能等相關(guān)技術(shù)，尚處于不斷的變化和發(fā)展過(guò)程中，未來(lái)主要的研究方向是建立統(tǒng)一的信息融合基本理論和廣義融合模型、改進(jìn)融合算法以進(jìn)一步提高融合系統(tǒng)的性能、人工智能技術(shù)在數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、日標(biāo)跟蹤、日標(biāo)分類、特征提取、管理和評(píng)估等數(shù)據(jù)融合模型的研究已取得了-些進(jìn)展，但在工程實(shí)現(xiàn)上還有許多問(wèn)題需要處理。以及開(kāi)發(fā)并行計(jì)算機(jī)軟件和硬件，以滿足具有大量數(shù)據(jù)且計(jì)算復(fù)雜的多傳感器融合的要求?！?