機載大氣信息融合與評估技術研究

摘 要：大氣數據系統和慣性導航系統是飛行器至關重要的導航設備，進行大氣/慣性數據信息融合，能夠在不降低系統自主性的情況下，對兩者的綜合性能進行更改。因此我對機載大氣/慣性數據信息融合與評估技術開展了較為深入且有針對性的研究。也較為充分的利用實際飛行數據驗證了算法的可行性與有效性。論文設計了一種基于多傳感器融合的導航信息評估方法，利用量測融合、集中式卡爾曼濾波以及最優固定區間平滑濾波的三步融合的方式獲取高精度評價基準信息。同時論文也設計了仿真平臺對融合后的基準信息精度進行了驗證，評估基準精度高、穩定可靠。在算法設計的基礎上，論文進行了機載大氣/慣性數據信息融合與評估系統的設計與開發，并利用實際飛行數據對系統軟件進行了性能測試，驗證了軟件設計的正確性與可行性。機載大氣/慣性數據信息融合與評估系統具有較高的工程應用價值。

關鍵詞：數據融合；信息融合；多傳感器融合

1 發展狀況

信息融合這一概念起源于上個世紀七十年代，是由美國國防部資助開發的一套聲納信號處理系統。到了上個世紀九十年代隨著信息技術的快速發展，信息融合這一概念又被人提了出來。在軍事技術的帶動下多床干起數據餓哦你剛和技術隨之產生，信息融合技術快速發展，它在軍事領域中的作用也越來越重要。信息融合技術在阿富汗戰爭和伊拉克戰爭中的應用就是一個非常成功的例子。在信息融合技術快速發展的今天，軍事領域中信息融合入技術的研究已經逐漸從底層目標檢測及識別轉移到了態勢評估和威脅估計等高層應用中。隨著計算機技術和傳感器技術的發明使得信息融合技術的范圍越來越廣，信息融合技術逐漸從軍事領域擴展到了民用領域中。信息融合技術在民用領域中的應用取得了明顯成果。該技術當前被廣泛應用于航天應用、機器人與智能儀器系統、目標檢測與跟蹤、慣性導航、模式識別以及慣性導航等方面。在這些領域中的應用有效提升了這些領域的技術水平。隨著信息融合技術的日益重要，加強對這項技術的研究也變得日益重要。

2 主要方法與當前的研究熱點

融合算法在多傳感器系統中具有重要地位，在多傳感器系統中通過傳感器要活得對象和環境的全面完整的信息，要實現這一目標科學確定融合算法就變得至關重要。因而在實際應用過程中必須要加強融合算法的研究。多傳感系統中，信息本身具有多樣性和復雜性特點。為了適應實際需要多傳感器的融合方法就需要具有魯棒性和并行處理能力，此外還需要具有較高的運算速度和精度。為了適應實際需要，信息融合還要具有一種能夠實現前續預處理系統和后續信息識別系統的接口性能。不同技術和方法的協調能力是我們需要充分考慮的。在實際工作過程中有些融合方法也是可以基于非線性數學方法的，只有這種方法具有自適應性、并行處理能力以及容錯能力，那么這種方法就可以當做融合方法來使用。多傳感器數據融合雖然沒有完成的理論體系和有效地融合算法，但是在實際應用過程中已經提出了不少成熟有效的融合方法。我們需要高度重視這些融合方法。

2.1 當前研究的熱點問題。當前研究的熱點問題主要集中在以下幾個方面：一是進一步研究和開發使用的融合系統測試及評估方法；二是要研究出完善使用的算法分類及層次劃分方式；三是研究編纂信息融合辭典，通過該辭典來規范領域內的術語及語義；四是要進一步完善JDL模型，當前JDL還存在著不能處理多想融合集合成傳感器等一系列問題。這些問題都是我們研究的重點；五是要研究和監理系統設計以及算法選擇的指導方針，確定指導方針是進行分析的重點。在今后工作中要高度重視這項工作；六是要加強分布式信息融合方法的研究。

2.2 信息融合的主要模型。近些年來隨著人們對信息融合技術研究的日益深入，人們逐漸研究出了兩大類模型：功能性模型和數據新模型。所謂功能新模型就是根據節點自身順序構建起來的模型，而數據模型這是根據數據提取建立起來的專業化模型。當前比較典型的數據模型是JDL模型。典型的功能模型則是UK情報環以及Boyd控制回路。此外隨著技術的快速發展逐漸出現了新的混合模型。情報環情報處理包含信息處理和信息融合。情報環情報處理在情報需求改變的情況下能夠保證系統做出響應，從而最終能夠保護信息源不會受到損壞。對情報收集策略碎石進行調整是該模型的主要優點，同時也要意識到它還有應用范圍十分有限這一缺點。擴展OODA模型是加拿大的洛克西德馬丁公司自主開發的一種信息融合系統結構。它綜合了上述各種模型的許多優點，又給開發和可能相互影響的信息融合過程提供了一種機理。用于決策的數據融合系統被分解為一組較有意義的高層功能集合。這些功能按照構成OODA模型的觀測、形勢分析、決策和執行4個階段進行檢測評估。每個功能還可以依照OODA的各個階段進一步分解和評估.觀測、定向和決策階段的功能僅直接按照順序影響其下各自的每一個階段的功能，而執行階段不僅影響環境，而且也直接影響OODA模型中其它各個階段的瀑布模型。它已經在加拿大哈利法克斯導彈護衛艦上使用.綜合了上述各種模型的優點，同時又給并發和可能相互影響的信息融合過程提供了一種機理.用于決策的數據融合系統被分解為一組有意義的高層功能集合。

2.3 信息融合的主要算法：多傳感器數據融合的常用方法基本上可概括為隨機和人工智能兩大類。傳統的數據融合是指多傳感器的數據在一定準則下加以自動分析、綜合以完成所需的決策和評估而進行的信息處理過程。軍事領域是最早用信息融合技術的，定義為一個簡單的處理探測、互聯、估計以及組合多源信息和數據的多層次多方面過程，以便獲得較為準確的狀態和身份估計、完整而及時的戰場態勢和威脅估計。

3 技術發展前景展望

當前信息融合獲得了快速發展，加強信息融合技術的研究已經成為未來發展的必然選擇。在未來研究過程中工程人員要高度重視基于Agent信息融合的研究。多Agent技術為復雜工業應用系統、軍事系統以及商業系統提出了新的視角。這對于提升這些領域的水平具有重要意義。今后應該加強這方面的研究。

4 結束語

隨著信息技術的發展和普及，特別是信息網絡和信息高速公路的建設和應用，信息獲取、綜合分析和處理以及信息應用已經深入各行各業和社會的各個方面，為人們提供決策支持。由于信息化在各個方面展開，為了綜合應用各種信息，需要對各方面的信息技術進行圍繞因特網或信息高速公路的融合，以便產生新的增長點和開拓新的領域，不斷地進行知識創新。

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