信息融合是一種多層次的、多方面的處理過程，這個(gè)過程是對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)、結(jié)合、相關(guān)、估計(jì)和組合以達(dá)到精確的狀態(tài)估計(jì)和身份估計(jì)，以及完整、及時(shí)的態(tài)勢(shì)評(píng)估和威脅估計(jì)。

根據(jù)國外研究成果，信息融合比較確切的定義可概括為：利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)按時(shí)序獲得的多源的觀測(cè)信息在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合以完成所需的決策和估計(jì)任務(wù)而進(jìn)行的信息處理過程。

按照這一定義，多傳感器系統(tǒng)是信息融合的硬件基礎(chǔ)，多源信息是信息融合的加工.對(duì)象，協(xié)調(diào)優(yōu)化和綜合處理是信息融合的核心。^[1]

信息融合的基本原理就像人腦綜合處理信息一樣，充分利用多源信息，通過對(duì)這些多源的觀測(cè)信息的合理支配和使用，把多源信息在空間或時(shí)間上的冗余或互補(bǔ)依據(jù)某種準(zhǔn)則來進(jìn)行組合，以獲得被測(cè)對(duì)象的一致性解釋或描述。

按照信息抽象的3個(gè)層次，可將信息融合分為3級(jí)，即象素級(jí)融合、特征級(jí)融合和決策級(jí)融合。

1.信息融合的加工對(duì)象。多源信息(數(shù)據(jù)源或信息源)為融合系統(tǒng)提供原始的和，或預(yù)處理的數(shù)據(jù)，因此，多源信息是信息融合的對(duì)象。多源信息可分為3類：傳感器、源數(shù)據(jù)和通信鏈。

傳感器是探測(cè)或測(cè)量物理現(xiàn)象的設(shè)備按不同的方式可分為物理接觸傳感器和非物理接觸傳感器；有源/主動(dòng)傳感器和無源，被動(dòng)傳感器。

源數(shù)據(jù)是經(jīng)過人工處理過的預(yù)知數(shù)據(jù)，它常被看作是情報(bào)信息，主要包括人工情報(bào)、通信情報(bào)和我軍計(jì)劃等。源數(shù)據(jù)中的元素通常在態(tài)勢(shì)和威脅級(jí)進(jìn)行融合，因此，它們不直接與傳感器數(shù)據(jù)組合，并常常將它們的輸入與傳感器數(shù)據(jù)分開。

通信鏈?zhǔn)菑膫鞲衅骰蛟吹綌?shù)據(jù)融合處理節(jié)點(diǎn)的通信連接，用以傳輸來自遠(yuǎn)方的數(shù)據(jù)。

2.信息融合的功能模型。為了給信息融合過程提供一個(gè)概貌，通過圖1所示的融合系統(tǒng)的功能模型來說明融合系統(tǒng)的功能組成以及這些功能之問的聯(lián)系。

在圖l的模型中，信息融合系統(tǒng)的功能主要有檢測(cè)(探測(cè))、校準(zhǔn)(對(duì)準(zhǔn))、相關(guān)(互聯(lián)、關(guān)聯(lián))、狀態(tài)估計(jì)、目標(biāo)識(shí)別、行為估計(jì)。其中校準(zhǔn)和相關(guān)是為識(shí)別和估計(jì)做準(zhǔn)備的，實(shí)際融合在識(shí)別和估計(jì)中進(jìn)行。該模型的融合功能分兩步完成。對(duì)應(yīng)于不同的信息抽象層次，第一步是低層處理，對(duì)應(yīng)于象素級(jí)融合和特征級(jí)融合，輸出的是狀態(tài)、特征和屬性等；第二步是高層處理(行為估計(jì))，對(duì)應(yīng)的是決策級(jí)融合，輸出的是抽象結(jié)果，如威脅、企圖和目的等。

3.信息融合的關(guān)鍵問題。信息融合的關(guān)鍵問題是：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)相關(guān)、態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)庫、融合推理和融合損失等。

(1)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于，不僅要轉(zhuǎn)換不同層次之間的信息，而且罰樣需要轉(zhuǎn)換對(duì)環(huán)境或目標(biāo)的描述或說明的不同之處和相似之處(目標(biāo)和環(huán)境的先驗(yàn)知識(shí)也難以提取)。即使是同一層次的信息，也存在不同的描述和說明。

(2)數(shù)據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)相關(guān)的核心問題是如何克服傳感器測(cè)量的不精確性和干擾等引起的相關(guān)二義性，即保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性；如何控制和降低相關(guān)計(jì)算的復(fù)雜性，開發(fā)相關(guān)處理、融合處理和系統(tǒng)模擬的算法和模型。

(3)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)庫態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)庫所要解決的難題是容量要大，搜索要快，開放互聯(lián)性好，并具有良好的用戶接口。

(4)融合推理融合推理是信息融合系統(tǒng)的核心，融合推理所需要勰決的關(guān)鍵閱題是如何針對(duì)復(fù)雜的環(huán)境和目標(biāo)時(shí)變動(dòng)態(tài)特性，在難以獲得先驗(yàn)知識(shí)的前提下，建立具有良好穩(wěn)鍵佳和自適應(yīng)能力的目標(biāo)機(jī)動(dòng)與環(huán)境模型，以及如何有效地控制和降低遞推估計(jì)的計(jì)算復(fù)雜性。

(5)融合損失融合損失的關(guān)鍵問題是如何減少、克服、彌補(bǔ)信息融合過程中的信息損失。

雖然信息融合問題至今來形成基本的理論框架和有效的廣義融合算法，但是，不少應(yīng)用領(lǐng)域的研究人員還是根據(jù)各自的具體應(yīng)用背景，提出了許多比較成熟且有效的融合方法。

l。信息融合方法簡(jiǎn)介

信息融合作為一種信信綜合和處理技術(shù)，實(shí)際上是許多傳統(tǒng)學(xué)科和新技術(shù)的集成和應(yīng)用。為了進(jìn)行信息融合，所采用的信息表示積處理方法均來自這些領(lǐng)域。從信息融合的功能模型可看到，融合的基本功能是相關(guān)、估計(jì)和識(shí)別，重點(diǎn)是估計(jì)和識(shí)別。

(1)相關(guān)。相關(guān)處理的常用算法有：最近鄰法則、最大似然法、最優(yōu)差別、統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)、聯(lián)合統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)等；

(2)估計(jì)。用于估計(jì)的算法有：最小二乘法、最大似然估計(jì)法、卡爾曼濾波器等；

(3)識(shí)別。用于識(shí)別的算法大概可分為3類：物理模型類識(shí)別算法，參數(shù)分類識(shí)別算法和認(rèn)識(shí)模型類識(shí)的方法。圖2所示為用于識(shí)別的融合算法的概念性分類。

2.用于信息融合的D—S方法

D—S方法是出Dempster和Sharer在70年代提出的證據(jù)理論，該理論建立了命題和集合之間的一一對(duì)應(yīng)，以把命題的不確定性轉(zhuǎn)化為集合的不確定性問題，而證據(jù)理論處理的正是集合的不確定性。D—S證據(jù)推毽在信息融合中的基本應(yīng)用過程如下：它首先計(jì)算各個(gè)證據(jù)的基本概率賦值函數(shù)m₁、信任度函數(shù)Bel₁和似然函數(shù)Pls₁；然后用D—S組合規(guī)則計(jì)算所有證據(jù)聯(lián)合作用下的基本概率賦值函數(shù)、信任函數(shù)和似然函數(shù)；最后根據(jù)一定的決策規(guī)則，選擇聯(lián)合作咫下支持度最大的假設(shè)。

3.基于信息論的融合算法

有時(shí)，信意融會(huì)并不舞癸篇統(tǒng)計(jì)方法壹接模擬觀測(cè)數(shù)據(jù)的隨機(jī)形式，而是依賴于觀測(cè)參數(shù)與目標(biāo)身份之間的映射關(guān)系來對(duì)目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，這類方法稱為基于信息論的融合方法。如聚類分析法是一綴啟發(fā)式算法，在模式數(shù)目不是精確知道的標(biāo)識(shí)性應(yīng)用中，這類算法很有用處。聚類分析算法按某種聚類準(zhǔn)則將數(shù)據(jù)分組(聚類)，并由分析員把每個(gè)數(shù)據(jù)組解釋為相應(yīng)的目標(biāo)類。聚類分析主要有以下幾個(gè)步驟：(1)從觀測(cè)數(shù)據(jù)中選擇一揍樣本數(shù)據(jù)；(2)定義特征變量集合以表征樣本中實(shí)體； (3)計(jì)算數(shù)據(jù)的相似性，并按照一個(gè)相似性準(zhǔn)則劃分?jǐn)?shù)據(jù)集；(4)檢驗(yàn)劃分成的類對(duì)子實(shí)際應(yīng)用是否有意義；(5)反復(fù)將產(chǎn)生的子集加以劃分，并對(duì)劃分結(jié)果使用第4步，直到再?zèng)]有進(jìn)一步的細(xì)分結(jié)果，或者直到滿足某種停止規(guī)則為止。

4.基子認(rèn)識(shí)模型的融合算法

基予認(rèn)識(shí)模型的信惠融會(huì)方法試圖模仿人類辨別實(shí)體的識(shí)別過程模型，如模糊集合方法，由zadeh提出的模糊集合理論的中心思惹是隸屬函數(shù)μ，隸屬函數(shù)主觀上是由知識(shí)啟發(fā)、經(jīng)驗(yàn)或推測(cè)過程確定，對(duì)它的評(píng)定沒有形式化過程，這是明顯確定。盡管如此，精確的隸屬函數(shù)分布形狀對(duì)根據(jù)模糊演算得出的推理結(jié)論影響不大，因此，也可以解決證據(jù)不確定性或決策中的不準(zhǔn)確性等問題。

模糊集合理論對(duì)于信息融合的實(shí)際價(jià)值在于它外延到模糊邏輯。通過模糊命題的表示，用綜合規(guī)則建立起演繹推理，并在推理中使用模糊概率，從而方便地建立起模糊邏輯。

模糊邏輯是一種多值邏輯。隸屬程度可視為一個(gè)數(shù)據(jù)真值的不精確表示。因此，信息融合過程中存在的不確定性可以直接用模糊邏輯表示，然后使用多值邏輯推理，根據(jù)各種模糊演算對(duì)各種命題(即各傳感器提供的數(shù)據(jù))進(jìn)行合并，從而實(shí)現(xiàn)信息融合。當(dāng)然，要得到一致的結(jié)果，必須首先系統(tǒng)地建立命題以及算子到[0，1]區(qū)間的映射，并適當(dāng)?shù)剡x擇合并運(yùn)算所使用的算子。

5.用于信息融合的人工智能方法(AI技術(shù))

按照信息融合的3個(gè)層次，在決策級(jí)融合要處理大量的反映數(shù)值數(shù)據(jù)問關(guān)系、含義的抽象數(shù)據(jù)(如符號(hào))，因此要使用推斷或推理技術(shù)，而AI技術(shù)的符號(hào)處理功能正好可用于獲得這些推斷或推理能力。

人工智能(AI)主要是研究怎樣讓計(jì)算機(jī)模仿人腦從事推理、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、思考、學(xué)習(xí)、記憶等活動(dòng)，解決迄今只能由人類專家才能解答的復(fù)雜問題，代行人類專家的部分職能。

AI技術(shù)在信息融合中的應(yīng)用表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：使用多個(gè)互相協(xié)作的ES，以便真正利用多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)行信息綜合；使用先進(jìn)的立體數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)為決策級(jí)推理提供支撐；使用學(xué)習(xí)系統(tǒng)，以便自動(dòng)適應(yīng)各種態(tài)勢(shì)的變化。

在信息融合問題中，由予融合對(duì)象有一種是源數(shù)據(jù)(消息)。對(duì)這種經(jīng)過人工預(yù)處理過的非格式信息的融合，推理比數(shù)值運(yùn)算更重要，因此，應(yīng)該采用基于知識(shí)的專家系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行融合。

專家系統(tǒng)(Es)是人工智能一個(gè)實(shí)用性分支。專家系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著人工智能向工程技術(shù)應(yīng)用邁出了一大步，揭開了人工智能發(fā)展歷史一個(gè)嶄新階段。盡管如此，大量專家系統(tǒng)的開發(fā)研究也暴露出它的一些局限性，主要有：知識(shí)獲取、知識(shí)存儲(chǔ)量受存儲(chǔ)器容量限制、推理速度緩慢等問題。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用特定的計(jì)算機(jī)組織結(jié)構(gòu)，以分布式存儲(chǔ)和并行、協(xié)同處理為特色，具備聯(lián)想學(xué)習(xí)記憶能力和自適應(yīng)學(xué)習(xí)更新能力，正好可以有效解決現(xiàn)行專家系統(tǒng)的局限性。因此，將專家系統(tǒng)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合(稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng))并在信息融合系統(tǒng)中應(yīng)用，引起了廣泛的重視。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)既可以克服現(xiàn)行計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)的缺點(diǎn)，又可以克服現(xiàn)行專家系統(tǒng)技術(shù)的缺點(diǎn)。或者說，既具有現(xiàn)行專家系統(tǒng)技術(shù)之優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)其不足，使人工智能技術(shù)再次大大前進(jìn)一步：知識(shí)表示和存儲(chǔ)是分布式的、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)知識(shí)獲取、具有高度冗余性和容錯(cuò)能力、具有很強(qiáng)的不確定性信息處理能力、具有很強(qiáng)的不確定性信息處理能力具有很強(qiáng)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力等。

總的說來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)開發(fā)研究活動(dòng)尚處在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段，尚未見到實(shí)用系統(tǒng)配裝。