信息融合技術在軍民領域的應用

夏曉忠

由于信息技術充分利用了多源數據的互補性和電子計算機的高速運算和智能，提高了信息的融合度和處理質量而受到廣泛的關注。

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。根據美國國防部給出的定義：信息融合是一個對從單個和多個信息源獲取的數據和信息進行關聯、相關和綜合，以獲得精確的位置和身份認證，以及對態勢和威脅進行全面及時評估的信息處理過程；該過程是對其進行估計、評估的一個持續精練過程，同時也是信息處理過程不斷自我修正的一個過程，以獲得結果的改善。通俗的說法是信息融合就是數據融合但其內涵更廣泛、更確切、更合理，也更具有概括性不僅包括數據，而且包括了信號和知識。

隨著各行各業應用系統逐漸擴大，所需的功能也越來越復雜，使用的傳感器種類也相應增多。原先的單一傳感器檢測技術難以滿足要求，多傳感器融合技術應運而生。多傳感器融合技術就是對同一檢測對象，利用各種傳感器檢測的信息和不同的處理方法以獲得該對象的全面檢測信息，從而提高檢測精度和可靠性。在多傳感器系統中，信息表現為多樣性、復雜性以及大容量，信息處理不同于單一的傳感檢測處理技術，多傳感器信息融合技術已成為當前的一個重要研究領域。

信息融合是一種信息處理技術，它用于解決以下兩種情況下的信息處理：即同一個系統使用多個傳感器和多個系統使用多個傳感器。因此，信息融合的研究對象主要是多傳感器系統，包括對多種目標的探測、識別和跟蹤，以及戰場監視、態勢感知、威脅評估、決策支持等。其目的是把來自多傳感器或多源的被測目標信息進行綜合處理，獲得一個完整、準確和可靠的數據。

多傳感器信息融合與單傳感器信號處理相比，單傳感器信號處理是對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目標和環境的信息量。多傳感器信息融合與經典信號處理方法之間也存在本質的區別，關鍵在信息融合是由多個傳感器組合成平行或互補方式來獲得多組數據輸出的一種處理方法，是一種最基本的方式，涉及的問題有輸出方式的協調、綜合以及傳感器的選擇。

信息融合的研究內容極其豐富，涉及的基礎理論也非常廣泛，而信息融合方法是信息融合研究的核心技術。日前融合方法大致可以分兩類：概率統計方法和人工智能方法。

信息融合在軍事上的應用是在敵對的現實世界中進行的。在敵對的現實世界里，被觀測目標的運動狀態基本上是未知的、難以預測的或不易確定的，它與傳感器系統之間的關系是敵對的、不合作的，它會利用速度快、機動性強的優勢躲避傳感器的探測，甚至干擾傳感器的探測或發送虛假信息，傳感器獲得的信息可能是不連續的、間斷的，數據率也基本上是不固定的。被觀測目標的這些特點對信息融合系統提出了較高的要求，如系統要有可變的響應特性，快速、精確的信息處理能力，必要時還要求人工干預等。軍事應用是多傳感器數據融合技術誕生的源泉，主要用于包括軍事目標的檢測、定位、跟蹤和識別。這些目標可以是靜止的，也可以是運動的。具體應用包括海洋監視、空對空、地對空防御系統。海洋監視系統包括潛艇、魚雷、水下導彈等日標的檢測、跟蹤和識別，典型的傳感器包括雷達、聲納、遠紅外、綜合孔徑雷達等。空對空、地對空防御系統的基本日標是榆測、跟蹤、識別敵方飛機、導彈和反飛機武器，典型的傳感器包括雷達、ESM接收機、遠紅外、敵我識別傳感器、電光成像傳感器等。

現實中，美國、俄羅斯等一些西方軍事強國已經將信息融合技術應用到軍事領域。如應用到軍用飛機，現代軍用飛機通常采用多種機載探測系統，飛機作為整個全域信息網中一個節點，它接收來自預警機、無人機、友機的探測信息，將各個傳感器的數據進行數字化處理，為飛行員提供一個唯一的跟蹤和識別目標，以免重復跟蹤。美國的F/A-22“猛禽”戰斗機搭載綜合航空電子系統，它具有對綜合傳感器的融合能力，包括對雷達、通信、導航信息的識別和融合。F/A-22采用集成處理器（CIP）處理電子信號，轉換為清晰簡明的戰場情況圖像，供飛行員使用。俄羅斯的第三代米格-29和蘇-27戰斗機都配備了先進的氦Ts-101系列火控計算機，它能將紅外瞄準、激光、光學和多模式雷達輸入信號融合，具有一定的多傳感器數據融合能力。法國的“陣風”戰斗機裝有RBE2雙軸多功能電子掃描火控雷達、前扇區光學系統（OSF）和防御輔助子系統（DASS），能將這三個系統的數據融合，以保持在“低可探測性”的條件下發揮各個系統的最大效能。英國為提高直升機飛行員在惡劣氣象條件下的目標感知能力，進行了用護目鏡投影圖像作為輔助飛行的技術試驗，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。

信息融合在民事領域主要用于機器人、智能制造、智能變通、醫療診斷、遙感、刑偵和保安等領域。多傳感器信息融合技術的發展和應用引起了工業檢測系統的改變，主要體現在智能檢測系統。機器人使用電視圖像、聲音、電磁等數據的融合來進行推理，以完成物料搬運、零件制造、檢驗和裝配等工作。智能制造系統包括各種智能加工機床、工具和材制傳送裝置、檢測和試驗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、數據處理、網絡通信、人工智能等相關技術，尚處于不斷的變化和發展過程中，未來主要的研究方向是建立統一的信息融合基本理論和廣義融合模型、改進融合算法以進一步提高融合系統的性能、人工智能技術在數據關聯、日標跟蹤、日標分類、特征提取、管理和評估等數據融合模型的研究已取得了-些進展，但在工程實現上還有許多問題需要處理。以及開發并行計算機軟件和硬件，以滿足具有大量數據且計算復雜的多傳感器融合的要求。■