現(xiàn)代信號處理技術(shù)及應(yīng)用(一)

1、 多傳感器數(shù)據(jù)融合( multi-sensor data fusion )( multi-sensor information fusion ) 小波分析( wavelet analysis)數(shù)據(jù)融合（40學(xué)時）1. 概述2. 數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)和功能模型功能模型、結(jié)構(gòu)模型、無線傳感網(wǎng)絡(luò)等3. 分布式檢測和數(shù)據(jù)融合 Bayes融合規(guī)則 Neyman-Person融合規(guī)則 K/N規(guī)則 串行結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)融合 異步傳輸數(shù)據(jù)融合 帶反饋并行數(shù)據(jù)融合 模糊先驗概率和代價的數(shù)據(jù)融合算法4. 多傳感器數(shù)據(jù)融合的性能評估 5. 數(shù)據(jù)融合的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 證據(jù)理論 概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián) kalman濾波6. 基于人工智能的數(shù)據(jù)融合及其

2、應(yīng)用實例小波分析（20學(xué)時）1. 預(yù)備知識2. 連續(xù)小波變換3. 離散小波變換4. 小波框架、二進(jìn)小波5. 多分辨率分析6. Mallat算法7. 正交小波變換8. 小波變換在信號處理中的應(yīng)用 西安電子科大：數(shù)據(jù)融合理論及應(yīng)用 電子工業(yè)出版社：多傳感器信息融合及其應(yīng)用 相關(guān)論文 源于仿生學(xué)角度 人和動物：感官具有不同的度量特征，可測量出不同空間范圍內(nèi)發(fā)生的各種物理現(xiàn)象（自適應(yīng)的復(fù)雜的自適應(yīng)的復(fù)雜的），將各種信息轉(zhuǎn)換為對環(huán)境有價值的解釋 數(shù)據(jù)融合信息融合 權(quán)威定義（llinas & hall）利用計算機技術(shù)對按時序獲得的若干傳感器的觀測信息在一定準(zhǔn)則下加以自動分析、優(yōu)化綜合以完成所需要的

3、決策和估計任務(wù)而進(jìn)行的信息處理過程。分析： 相互關(guān)系：多傳感器基礎(chǔ)，多源信息加工對象，協(xié)調(diào)優(yōu)化和綜合處理核心。 （軍事領(lǐng)域）是對來自多傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行多級別、多方面、多層次的處理，從而產(chǎn)生新的新的有意義的信息。 （綜合）指對來自不同知識源知識源和傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，從而得出更加準(zhǔn)確、可靠的結(jié)論 融合被多領(lǐng)域頻繁應(yīng)用、濫用，由于所研究內(nèi)容的廣泛性和多樣性造成了統(tǒng)一定義統(tǒng)一定義較為困難較為困難 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器的性能得到很大的提高，新型的傳感器不斷涌現(xiàn)（復(fù)合傳感器、生物傳感器、納米傳感器等） 多傳感器系統(tǒng)中信息表現(xiàn)形式的多樣性、信息數(shù)量的巨大、信息關(guān)系的復(fù)雜性、實時性的要求超出

4、了人腦的信息綜合處理能力。 例例：以軍事為背景，20世紀(jì)70年代以來，隨著新型武器（精確制導(dǎo)、遠(yuǎn)程打擊（戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈）的出現(xiàn)戰(zhàn)場范圍擴(kuò)大（五維空間）必須應(yīng)用多傳感器系統(tǒng)：微波、毫米波、電視、紅外、激光、電子支援措施（ESM），以及電子情報技術(shù)提供觀測數(shù)據(jù)優(yōu)化綜合實現(xiàn)：實時發(fā)現(xiàn)目標(biāo) 提供火力控制、精確制導(dǎo)、 獲取目標(biāo)狀態(tài)估計 電子對抗、作戰(zhàn)模式和輔助 識別目標(biāo)屬性 決策等作戰(zhàn)信息 分析行為意圖 態(tài)勢評估 威脅分析 70年代末，多傳感器數(shù)據(jù)融合迅速的發(fā)展起來新興學(xué)科新興學(xué)科，并在軍事、民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 具有代表性的工作： 美國的C3I系統(tǒng)（command, control, commun

5、ication and intelligence） 目前已經(jīng)發(fā)展至C4I系統(tǒng)（command, control, communication, computer and intelligence） 和C4ISR(surveillance and recon)目標(biāo) 基于個傳感器分離觀測信息分離觀測信息，通過對信息的優(yōu)化組合導(dǎo)出更多的有效信息。最終目標(biāo) 利用多傳感器共同操作的優(yōu)勢，提高整個傳感系統(tǒng)的有效性。 冗余信息（增強了可靠性）、互補信息（擴(kuò)展了單傳感器的性能） 提高了系統(tǒng)的可靠性和魯棒性擴(kuò)展了時間或空間的觀測范圍增強了系統(tǒng)的可信度增強了系統(tǒng)的分辨能力本質(zhì)上，關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)融合所處理的多傳關(guān)鍵在

6、于數(shù)據(jù)融合所處理的多傳感器信息具有更加復(fù)雜的形式，而且在不感器信息具有更加復(fù)雜的形式，而且在不同的信息層上出現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)、特征和決同的信息層上出現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)、特征和決策層策層 （一）、軍事領(lǐng)域TMD：戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)（theatre missile defense system） 飛行目標(biāo)跟蹤C4ISR戰(zhàn) 區(qū)戰(zhàn) 區(qū)偵察機偵察機軍艦軍艦火箭發(fā)射火箭發(fā)射地面站地面站氣象衛(wèi)星氣象衛(wèi)星電子和通電子和通信偵聽衛(wèi)信偵聽衛(wèi)星（ESM）星（ESM）預(yù)警衛(wèi)星預(yù)警衛(wèi)星中軌道中軌道偵察衛(wèi)星（可偵察衛(wèi)星（可見光，紅外見光，紅外CCD相機等）CCD相機等）低軌道低軌道地球資源地球資源（普查和詳（普查和詳查對地觀查對地觀

7、測）衛(wèi)星測）衛(wèi)星SARSARGPSGPS高軌道高軌道星上處星上處理平臺理平臺星際鏈路星際鏈路星際鏈路星際鏈路星際鏈路星際鏈路星上處星上處理平臺理平臺星上處星上處理平臺理平臺星上處星上處理平臺理平臺星上處星上處理平臺理平臺星際鏈路星際鏈路在軌分布式在軌分布式融合處理網(wǎng)絡(luò)融合處理網(wǎng)絡(luò)用戶接用戶接入線路入線路用戶接用戶接入線路入線路1、機器人（受到重視）傳感器包括：攝像機、聲納、陀螺儀、激光測距儀等pioneer、月球車、六足機器人（俄羅斯）、火星探測車Robotcup制造業(yè)機器人服務(wù)機器人路徑規(guī)劃 機器人舞蹈識別引起系統(tǒng)狀況超出正常運行范圍的故障條件觸發(fā)報警器石油勘探瓦斯監(jiān)測火力發(fā)電（發(fā)電機組監(jiān)控

8、）轉(zhuǎn)爐煉鋼（溫度和含碳量）核反應(yīng)堆 主要對地面目標(biāo)或?qū)嶓w進(jìn)行監(jiān)視、識別與定位，使用的傳感器主要為合成孔徑雷達(dá)，在多源圖像進(jìn)行融合時，要利用像素級配準(zhǔn) 通過高空間分辨率全色圖像高空間分辨率全色圖像和低光譜分辨率圖像的融合，得到高空間分辨率和高光譜分辨率的圖像，融合多波段和多時段的遙感圖像來提高分類的準(zhǔn)確性。 采用合成孔徑雷達(dá)、衛(wèi)星遙感等對地面進(jìn)行監(jiān)視，以識別地貌、氣象模式、礦產(chǎn)、植物生長（農(nóng)作物種植面積和產(chǎn)量預(yù)測）、環(huán)境條件（省氣象局-火災(zāi)）和威脅狀況（原油泄漏、輻射泄漏等）對物理現(xiàn)象、事件進(jìn)行定位、識別和解釋。毒品檢測 氣敏、紅外、微波火災(zāi)監(jiān)測 煙霧傳感器、二氧化碳傳感器 遠(yuǎn)程醫(yī)療 X射線、核

9、磁共振、超聲波腫瘤定位智能材料 飛機機翼（有限元分析表面應(yīng)力計算） 微機械手（壓電陶瓷制備溫度發(fā)生形變：溫度控制） 剎車系統(tǒng) 環(huán)境污染現(xiàn)狀 大氣污染監(jiān)測 環(huán)境水污染監(jiān)測 檢測指標(biāo) GPS、GIS，船載方式對湖泊、河流進(jìn)行檢測，水質(zhì)建模、水質(zhì)綜合評判 汽車尾氣排放檢測 空中交通：空中交通管制系統(tǒng) 在雷達(dá)網(wǎng)的監(jiān)視、引導(dǎo)和管理下進(jìn)行工作，多雷達(dá)融合，通過二次雷達(dá)識別各種類型的飛機、確定民航機航班號、飛行狀態(tài)，且與一次雷達(dá)進(jìn)行配對導(dǎo)航設(shè)備： 監(jiān)視和控制設(shè)備：修正航線偏離、防止飛機相撞，并調(diào)度飛機流量；通信設(shè)備調(diào)度人員 城市交通：攝像、航拍、地感線圈、視頻、FCD 自動駕駛（GPS定位誤差小于1米） 法

10、國公司INRIA花費十年心血，于2009年5月研制出無人駕駛汽車Cycab 農(nóng)作物農(nóng)藥殘留量檢測： 酶抑制法通過光譜分析確定有害物質(zhì)無土栽培水產(chǎn)養(yǎng)殖水族館 電子鼻(electronic nose) 電子舌(electronic tongue) 物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things） 數(shù)據(jù)融合是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù) 自70年代末以來，MSDF受到了各國學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和軍屆的廣泛關(guān)注，進(jìn)而成為研究熱點。（一）國外美國將MSDF技術(shù)列為90年代重點研發(fā)的二十項關(guān)鍵技術(shù)之一，A類，發(fā)展C4I系統(tǒng)，經(jīng)費投資數(shù)億美元。學(xué)術(shù)方面：87年起，美三軍每年召開一次數(shù)據(jù)融合學(xué)術(shù)會議 ，SPIE專集IEEE 94

11、年首次舉辦智能系統(tǒng)多傳感器融合與集成會議MFI94，MFI96，MFI99，MFI01（德國）IEEE系統(tǒng)和控制論會議IEEE航空航天與電子系統(tǒng)會議IEEE自動控制會議IEEE C3MIS會議 1998 在美國成立了國際信息融合學(xué)會ISIF，每年舉行一次學(xué)術(shù)會議 專著LLINAS&HALL: multi-sensor data fusionHALL: mathematical techniques in multi-sensor data fusion 學(xué)術(shù)期刊IEEE sensors journalIEEE system, man and cyberneticsInformation

12、 fusionInformation scienceSensor and actuator ASensor and actuator B（二）國內(nèi)經(jīng)典的理論方法：經(jīng)典推理法、kalman濾波、Bayes、證據(jù)理論、聚類分析法、參數(shù)模板法、物理模型法、熵法、品質(zhì)因數(shù)法、ES等人工智能法： Fuzzy Sets、Neural Network、 Rough Set、SVM和Wavelet等 多傳感器數(shù)據(jù)融合基礎(chǔ)理論研究 包括體系、框架和形式化定義等改進(jìn)融合算法進(jìn)一步提高融合系統(tǒng)的性能； 將fuzzy logic、neural network、進(jìn)化計算、小波、rough set、SVM等有機的結(jié)合起來是一個重要發(fā)展趨勢如何利用有關(guān)的先驗知識和數(shù)據(jù)提高數(shù)據(jù)融合的性能針對具體的應(yīng)用狀況，正確的評價多傳感器數(shù)據(jù)融合的結(jié)果（Pm、Pd、Pf）開發(fā)并行并行計算的軟、硬件系統(tǒng)，以滿足具有大規(guī)模數(shù)據(jù)且計算復(fù)雜的多傳感器數(shù)據(jù)融合的要求多傳感器數(shù)據(jù)融合目前還缺乏一套成熟、完整的理論與方法，目前還存在著許多有待解決的問題 關(guān)鍵在于如何對誤差和不確定建模關(guān)鍵在于如何對誤差和不確定建模 ex，同一傳感器在相同的條件下的多次檢測存在著差異誤差與不確定建模具體包括：（1）融合過程的誤差（2）傳感信息的誤差 通?？捎肎AU