多傳感器數(shù)據(jù)融合性能評估方法Word版

1、傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！多傳感器數(shù)據(jù)融合性能評估方法姓 名： 李素 學(xué) 號： 2015223045139 課程名稱： 空管信息處理基礎(chǔ) 指導(dǎo)老師： 王運(yùn)峰 2016年1月15日傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！目錄1 目的意義12 研究現(xiàn)狀13 數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的性能評估方法13.1 性能評估指標(biāo)13.2 融合性能指標(biāo)23.3 融合性能評估的綜合評價33.3.1 指標(biāo)相對隸屬度矩陣33.3.2 指標(biāo)權(quán)重43.3.3 綜合評價步驟54 總結(jié)6傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！1 目的意義近數(shù)十年來，多傳感器數(shù)據(jù)融合在理論研究和實(shí)際

2、應(yīng)用方面取得了長足進(jìn)展，但是，目前對融合系統(tǒng)的性能評估研究并不多，性能評估是研究多目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)非常重要的手段。利用綜合性能評估不僅可以分析在一定環(huán)境下系統(tǒng)所能達(dá)到的性能，從而選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，而且還可以反過來設(shè)計(jì)和確定滿足系統(tǒng)性能要求的系統(tǒng)參數(shù)，也就是輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)。研究多傳感器數(shù)據(jù)融合的性能評估對于跟蹤算法的參數(shù)優(yōu)化，跟蹤系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)與優(yōu)化，乃至于精確信息感知都具有十分重要的意義。2 研究現(xiàn)狀目前有關(guān)融合算法的研究很多，但是，對數(shù)據(jù)融合算法進(jìn)行性能測試與評估的研究卻不多見，并且，也沒有形成一個普遍公認(rèn)的評估標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)多傳感器數(shù)據(jù)融合方法的研究已經(jīng)比較成熟，但如何對這些形形色色的算法所構(gòu)成的

3、融合系統(tǒng)性能進(jìn)行評估的研究卻一直處于探索階段，相關(guān)研究成果并不多見。3 數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的性能評估方法一般進(jìn)行評估時，通常要建立評估模型、評價指標(biāo)體系和評價準(zhǔn)則，采用分析法或仿真法對算法和系統(tǒng)性能進(jìn)行評估。實(shí)際上，融合算法的評估方法，也就是計(jì)算各個評估指標(biāo)的方法。一、常規(guī)的仿真比較法，即你定輸入數(shù)據(jù)或?qū)崪y數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，比較優(yōu)劣（誤差指標(biāo)）和置信度概率，如：1) 采用Monte Carlo仿真，可對整個系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值評估和確認(rèn)；2) 采用實(shí)時仿真，連接模擬數(shù)據(jù)或記錄數(shù)據(jù)時能夠展示融合結(jié)果；3) 建立效能評估模型，曹勇基于效能的評估方法等。二、專家打分、模糊測度準(zhǔn)則評判，多用于目標(biāo)識別。對航跡，用目標(biāo)位

4、置的均方誤差來分析，對屬性和類型，用綜合正確概率評價。對結(jié)果的分析評估，多采用Matlab工具，還可以用Petri網(wǎng)的性能來分析數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的性能。目前，最為廣泛的是開展了基于仿真的數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)性能評估方法的研究。3.1 性能評估指標(biāo)評價指標(biāo)體系是融合系統(tǒng)性能評價的基礎(chǔ)，它是否合理，完整，可測，無冗余，直接關(guān)系到最后的評價結(jié)果。數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)評價指標(biāo)的選擇不僅要遵循針對性，可測性，客觀性，獨(dú)立性等基本原則，而且必須反映現(xiàn)代戰(zhàn)爭對指揮自動化系統(tǒng)的需求。傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！評估需要基于一定的標(biāo)準(zhǔn)，因此建立一組評估指標(biāo)，對于評估融合跟蹤系統(tǒng)和算法是必不可少的。一般對于

5、數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)性能表征有以下四個方面：1) 尺度參數(shù)，用來直接定義數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)和各組成部分（傳感器、數(shù)據(jù)處理器、通信信道等）元素所具有的性質(zhì)和特征。他們直接描述系統(tǒng)的行為或結(jié)構(gòu)，并且可以作為一些典型的可測量指標(biāo)值（如帶寬、誤碼率、物理維數(shù)等）來考慮；2) 性能度量（MOP），用以描述系統(tǒng)重要行為屬性的測量，通常與若干尺度參數(shù)有關(guān)，并以單變量形式對某個有意義的操作性能度量進(jìn)行量化；3) 效能度量（MOE），用于描述數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的功能發(fā)揮程度，如目標(biāo)漏檢率、目標(biāo)指示率等都是典型的效能度量；4) 兵力效能度量（MOFE），是四類測量中最高級的測量，它對整個軍事力量（包括數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)）完成其任務(wù)的能力進(jìn)

6、化量。典型的MOFE包括資源損耗的速度和比例、交戰(zhàn)結(jié)果以及這些變量的變化情況。3.2 融合性能指標(biāo)很多文獻(xiàn)試圖從航跡分類的角度探討跟蹤性能評估中數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、跟蹤純度、狀態(tài)估計(jì)精度和濾波協(xié)方差可靠性內(nèi)容的評估方法。雖然對其進(jìn)行了描述，但很多都并未有達(dá)成共識的具體計(jì)算公式。一級指標(biāo)：1) 一般對于一個融合跟蹤系統(tǒng)，系統(tǒng)檢測率和虛警率是評估其性能的重要指標(biāo)。還有虛假航跡數(shù)、丟失航跡數(shù)和遺漏航跡數(shù)、系統(tǒng)平均錯誤航跡數(shù)、系統(tǒng)平均遺漏航跡數(shù)、系統(tǒng)錯誤航跡率、平均航跡形成時間、平均航跡維持時間、誤跟蹤率等性能評估指標(biāo)。2) 對于跟蹤起始、維持和終結(jié)部分，有航跡起始時間、航跡維持時間等指標(biāo)；3) 對于航跡相關(guān)與

7、融合，有正確關(guān)聯(lián)率、漏相關(guān)率、錯誤關(guān)聯(lián)率、正確分離率、航跡綜合相關(guān)度、航跡精度和航跡狀態(tài)估計(jì)偏差等指標(biāo)。傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！二級指標(biāo)，二級指標(biāo)由一級指標(biāo)按一定規(guī)則構(gòu)造成，如航跡相關(guān)性能、跟蹤精度性能、實(shí)時跟蹤性能等等，都可由數(shù)個一級指標(biāo)綜合評定。對于位置級目標(biāo)跟蹤融合系統(tǒng)，性能評估主要是針對尺度性能度量。多傳感器輸入信息為航跡的三維方向、時間、速度、方位角、高低角等，輸出信息包括一次航跡和最終融合航跡的三維方位、時間、方位角等。根據(jù)融合跟蹤系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，性能評估指標(biāo)方面可以從以下三個部分進(jìn)行考慮和提?。?) 航跡起始及航跡辨識；2) 航跡關(guān)聯(lián)及數(shù)據(jù)融合；3)

8、 目標(biāo)運(yùn)動狀態(tài)及精度質(zhì)量。結(jié)構(gòu)方面則主要從兩部分進(jìn)行：1) 前的一次航跡；2) 融合后的二次航跡；3.3 融合性能評估的綜合評價系統(tǒng)評價是一個從多要素的高維的指標(biāo)體系到一個低維的評價結(jié)果的轉(zhuǎn)換過程，在這一過程中還要求評價結(jié)果能盡可能反映原指標(biāo)體系中各要素的信息。如何確定各要素的權(quán)重是亟待解決的問題。 如何對融合后的指標(biāo)進(jìn)行綜合評價一直是多傳感器信息融合系統(tǒng)中未能達(dá)成共識的難點(diǎn)問題。現(xiàn)在普遍的評價方式是采用對各個指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)平均累加的方法。本文欲采用數(shù)學(xué)方法中的模糊綜合評價方法。模糊綜合評價就是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理，將一些邊界不清，不易定量的因素定量化、進(jìn)行綜合評價的一種方法

9、。其具體實(shí)現(xiàn)時，對于某一具體指標(biāo)值，需要通過構(gòu)造等級模糊子集來確定該指標(biāo)所屬的評價等級（即確定從優(yōu)隸屬度），然后利用模糊變換原理對各指標(biāo)綜合，得到直觀的量化評價。3.3.1 指標(biāo)相對隸屬度矩陣設(shè)有n個評價指標(biāo)，m個評價對象(每次實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的指標(biāo)對應(yīng)于一個評價對象)，構(gòu)成評價指標(biāo)樣本集xi,j|i=1n,j=1m，其中xi,j應(yīng)為非負(fù)值。為消除指標(biāo)間不同的量綱效應(yīng)，對單個指標(biāo)采取了如下的標(biāo)準(zhǔn)化處理方式，得到由m個評價對象構(gòu)建的一個相對隸屬度模糊評價矩陣R。首先對系統(tǒng)的融合性能進(jìn)行評價的指標(biāo)，進(jìn)行劃分：越小越優(yōu)型：其指標(biāo)量化值越大，從優(yōu)度越高。傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！r

10、i,j=xi,j-xmini/xmaxi-xmini越中越優(yōu)型：其指標(biāo)量化值越靠近中間值，從優(yōu)度越高。ri,j=xmaxi-xi,j/xmaxi-xmini越大越優(yōu)型：其指標(biāo)量化值越小，從優(yōu)度越高。ri,j=xi,j-xminixmaxi-xmini xminixi,jxmidixmaxi-xi,jxmaxi-xmini xmidixi,j0式中,d是非負(fù)參數(shù)，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)d0，0.5。1）當(dāng)權(quán)重Wi|i=1n和yij獲得最佳值時，CICn=0，yij=bij，B具有完全的一致性。2）不能滿足完全一致性時，CICn越小，則判斷矩陣B越能獲得滿意的一致性，CIC(n)01則可以認(rèn)為該判斷矩陣具有滿意

11、的一致性。根據(jù)式(454)式(457)求取wi在獲得各個指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)Wi|i=1n后， 對系統(tǒng)的第j次樣本的初步評價可以通過如下的表達(dá)式進(jìn)行：Cj=inwiri，j j=1mCj的結(jié)果越大，說明對系統(tǒng)進(jìn)行本次實(shí)驗(yàn)對應(yīng)的指標(biāo)越優(yōu)。通過對m次的樣本 集進(jìn)行排序，可以為融合系統(tǒng)的綜合性能做出量化評估。3.3.3 綜合評價步驟本文的評估系統(tǒng)以評估信息融合處理性能為基礎(chǔ)，根據(jù)上文制定的數(shù)據(jù)融合評估單項(xiàng)指標(biāo)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)與計(jì)算的方法，得出每個評估指標(biāo)的具體值。然后根據(jù)得出的每個指標(biāo)，采用模糊評判的方法，對數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)進(jìn)行評估。1) 確定評價跟蹤系統(tǒng)的指標(biāo)集合U；2) 選取數(shù)項(xiàng)指標(biāo)，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)計(jì)算單項(xiàng)指

12、標(biāo)量化值，并且考慮一次航跡及二次航跡融后的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算比較，精度指標(biāo)等改善度G；3) 進(jìn)行單指標(biāo)評價，建立模糊關(guān)系矩陣R，在構(gòu)造了等級模糊子集后，就要對跟蹤系統(tǒng)從每個性能指標(biāo)進(jìn)行量化；也就是確定從單個性能指標(biāo)來看被評系統(tǒng)對各個等級模糊子集的隸屬度，進(jìn)而得到歸一化模糊關(guān)系矩陣；傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！4) 利用合適的權(quán)值算法確定評價指標(biāo)的模糊權(quán)向量W；5) 利用合適的合成算子將W與被評價算法的R合成得到其模糊綜合評價結(jié)果向量C。6) 對模糊綜合評價結(jié)果向量進(jìn)行分析，可采用最大隸屬度原則、加權(quán)平均原則和模糊向量單值化等方法，獲取系統(tǒng)的總體評價。7) 根據(jù)模糊評價所的系統(tǒng)綜合從優(yōu)度評分，結(jié)合實(shí)際場景，為融合系統(tǒng)綜合分析。4 總結(jié)很多文獻(xiàn)中都闡述了有關(guān)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的性能評估的方法，并對其效果進(jìn)行了分析：1) 試圖從航跡分類的角度探討跟蹤性能評估中數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、跟蹤純度、狀態(tài)估計(jì)精度和濾波協(xié)方差 可靠性內(nèi)容的評估方法；2) 描述了評估系統(tǒng)的重要性和關(guān)聯(lián)統(tǒng)計(jì)、跟蹤純度、 跟蹤維持統(tǒng)計(jì)等評估內(nèi)容，但并未給出具體計(jì)算公式；3) 初步給出了多目標(biāo)跟蹤性能評估的指標(biāo)，但這些指標(biāo)僅包括失跟率、正確起始、終結(jié)率、濾波性能等，但都尚不完善。個人理解：跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境具有以下特點(diǎn)：目標(biāo)的機(jī)動時刻與機(jī)動水平往往是未知的和突變的；多個目標(biāo)存在編隊(duì)與航跡交叉，傳感器探