多傳感器數(shù)據(jù)融合性能評估方法

1、精品文檔多傳感器數(shù)據(jù)融合性能評估方法姓 名：至素學(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日目錄1目的意義12研究現(xiàn)狀13數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的，f'生能評估方法 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(jià) 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(jià)步驟54總結(jié)6精品文檔精品文檔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

2、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(gè)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(shí)，通常要建

3、立評估模型、評價(jià)指標(biāo)體系和評價(jià)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(gè)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(gè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值評估和確認(rèn)；2）采用實(shí)時(shí)仿真，連接模擬數(shù)據(jù)或記錄數(shù)據(jù)時(shí)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)位置 的均方誤差來分析，對屬性和類型，用綜合正確概率評價(jià)。對結(jié)果的分析評估，多采用 Matlab工具，還可以用Petri網(wǎng)

4、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(jià)指標(biāo)體系是融合系統(tǒng)性能評價(jià)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(jià)結(jié)果。數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)評價(jià)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(dòng)化系統(tǒng)的需求。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。一般對于數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)性能表征有以下四個(gè)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

5、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(gè)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（MOF旦是四類測量中最高級的測量，它對整個(gè)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)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

6、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(gè)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(cuò)誤航跡 數(shù)、系統(tǒng)平均遺漏航跡數(shù)、系統(tǒng)錯(cuò)誤航跡率、平均航跡形成時(shí)間、平均航跡 維持時(shí)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(shí)間、航跡維持時(shí)間等指標(biāo)；3）對于航跡相關(guān)與融合，有正確關(guān)聯(lián)率、漏相關(guān)率、錯(cuò)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)。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，

7、如航跡相關(guān)性能、跟蹤精度性能、實(shí)時(shí)跟蹤性能等等，都可由數(shù)個(gè)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(shí)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(shí)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(gè)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）目標(biāo)運(yùn)動(dòng)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(jià)系統(tǒng)評價(jià)是一個(gè)從多要素的高維的指標(biāo)體系到一個(gè)低維的評價(jià)結(jié)果的轉(zhuǎn)換 過程，在這一過

8、程中還要求評價(jià)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(jià)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?，F(xiàn)在普遍的評價(jià)方式是采用對各個(gè)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(jià)方法。模糊綜合評價(jià)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(jià)的一種方法。其具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，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(jià)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(jià)。3.3.1 指標(biāo)相對隸屬度矩陣設(shè)有n個(gè)

9、評價(jià)指標(biāo)，m個(gè)評彳勺忖%（每次學(xué)驗(yàn)產(chǎn)生的指標(biāo)對應(yīng)于一？評價(jià)對象），構(gòu)成評價(jià)指標(biāo)樣本集=1刈二:hm,其中x（ij）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(gè)指標(biāo)采取了如下的標(biāo)準(zhǔn)化處理方式，得到由m個(gè)評價(jià)對象構(gòu)建的一個(gè)相對隸屬度模糊評價(jià)矩陣 R首先對系統(tǒng)的融合性能進(jìn)行評價(jià)的指標(biāo)，進(jìn)行劃分：越小越耳型：其指標(biāo)量95越大，從優(yōu)度越向。鳴。=剛）（3/*（卜溫可越中越優(yōu)型：其指標(biāo)量化值越靠近中間值，從優(yōu)度越高咆)二總(卜(咖XnJD-xJi)：越大越優(yōu)型：其指標(biāo)量化值越小，從優(yōu)度越高r(tj)=黑皿< x(ij) </d(i)xmidO)<x(ij) <xmac(i)以這些

10、(U)值作為元素可組成單評價(jià)指標(biāo)的模糊評價(jià)矩陣R= (r(ij)«»3.3.2 指標(biāo)權(quán)重從數(shù)學(xué)變換的角度看，各評價(jià)對象是由評價(jià)對象各指標(biāo)所組成的高維空間的 一些點(diǎn)，系統(tǒng)評價(jià)模型就是一種從高維空間到低維空間的映射，要求這種映射能 盡可能反映評價(jià)對象樣本在原高維空間中的分類信息和排序信息，這些信息具體反映在如何合理地確定這些評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重上，這仍是目前系統(tǒng)評價(jià)模型研究的難點(diǎn)之一。在近年來提出的確定權(quán)重的主要方法中： 等權(quán)重法在各評價(jià)對象的綜 合評價(jià)值相差不大時(shí)常常給決策帶來困難；統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法、專家評分法和集值統(tǒng)計(jì) 迭代法在評價(jià)指標(biāo)較多時(shí)實(shí)現(xiàn)起來較為困難。根據(jù)模糊評價(jià)矩陣R=(r(

11、U)nXm,可以構(gòu)建一個(gè)新的矩陣B = 85)改明用以計(jì)算指標(biāo)間的排序權(quán)重w(i)|i= 1口。這種方法是利用數(shù)據(jù)計(jì)算評價(jià)指標(biāo)都具有怎樣的重要性，即其對評價(jià)分類的影響力s(i) > s(D->s(i) < s(j)J1+,Smas - stnin11+(S(O -S(l)(bm -1 J/fSnat 甘.s® *(II)bm=min(澗(05+力)其中，-！ ,根據(jù)B的定義：M = w(i)/w(j)n m* |%W一 w 1 = 0i=l j=l稱判斷矩陣B具有完全的一致性。若判斷矩陣B不具有完全的一致性，即后續(xù)實(shí)驗(yàn)的樣本集和當(dāng)前樣本發(fā)生了 很大的 變化，則需要對

12、B進(jìn)行修正，記作W(i)l扛1n)。對應(yīng)的一致性判斷形 式是:n mYij =1/=1* 口minCIC(n)=1-bj + ywQ) -w(i)/n: i=l j=l優(yōu)化條件：1 f=y,- 曲中, + dbijp 二卜nj = i + Sn*n.w(i) = 1 且i w(i) > 0 i=l式中,d是非負(fù)參數(shù)，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)dC0, 0.5。i)金權(quán)重 M)|i二卜"和%獲得最佳值時(shí)，CIC(n)二0 四二與，B具有完全的一致性。2)不能滿足完全一致性時(shí)，C1C(R)越小，則乎U斷矩陣B越能獲得滿意 的一致性，CIC(n)<0 1則可以認(rèn)為該判斷矩陣具有滿意的一致性。根據(jù)

13、式(4. 5. 4)式(4. 5. 7)求取W(i)在獲得各個(gè)指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)W(i)|i=l%n后，對系統(tǒng)的第j次樣本的初步評價(jià)可以通過如下的表達(dá)式進(jìn)行： nc(j) =，w(i) .r(i, j) j=C(j)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(jià)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(gè)評估指標(biāo)的具體值。然后根據(jù) 得出的每個(gè)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(jià)跟蹤系統(tǒng)的指標(biāo)集合U;2)選取

14、數(shù)項(xiàng)指標(biāo)，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)計(jì)算單項(xiàng)指標(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(jià)，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(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行量化；也就是確定從單個(gè)性能指標(biāo)來 看被評系統(tǒng)對各個(gè)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；4）利用合適的權(quán)值算法確定評價(jià)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(jià)算法的R合成得到其模糊綜合評價(jià)結(jié) 果向量Co6）對模糊綜合評價(jià)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(jià)。7）根據(jù)模糊評價(jià)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(gè)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(dòng)時(shí)刻與機(jī)動(dòng)水平