基于自動機(jī)理論的多傳感器融合建模方法研究.pdf

1、多傳感器融合是指為了完成需要的識別、估計和決策等任務(wù)，對從時間序列上獲得的各種傳感器數(shù)據(jù)以及從其他途徑獲得的信息按照一定的準(zhǔn)則進(jìn)行綜合分析與判斷的處理過程。目前，對多傳感器融合的研究主要集中在融合功能與融合方法方面，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)融合的功能模擬與融合處理方法，卻忽略了融合的整體過程與計算問題，至今仍然缺乏較為有效的多傳感器融合過程的計算模型。這一理論上的不足阻礙了對MSF的深入認(rèn)識，無法對融合過程作出綜合分析與評估，無法消除融合系統(tǒng)設(shè)計的盲目

2、性。由于多傳感器融合處理信息的多樣性和處理過程的復(fù)雜性，目前還缺乏有效的數(shù)學(xué)工具對多傳感器融合的處理過程進(jìn)行統(tǒng)一描述和分析，開發(fā)深層次的數(shù)學(xué)工具對多傳感器融合進(jìn)行描述和分析成為急于解決的問題。本文從多傳感器融合的計算問題出發(fā)，針對融合過程與處理功能的數(shù)學(xué)特征，采用自動機(jī)理論和方法描述多傳感器融合的計算結(jié)構(gòu)和處理過程，建立多傳感器融合的計算模型，并對其進(jìn)行分析與驗證。所作的工作主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 第一，通過引入時間序列擴(kuò)展了

3、有限自動機(jī)理論，提出了時序Ⅰ/0自動機(jī)作為多傳感器融合的描述、建模和分析的數(shù)學(xué)工具，時序Ⅰ/0自動機(jī)比傳統(tǒng)的自動機(jī)能夠更準(zhǔn)確地描述數(shù)據(jù)融合過程，并提出了時序Ⅰ/0自動機(jī)的建模、分析及仿真方法。 第二，建立多傳感器融合的時序Ⅰ/0自動機(jī)模型，采用時序Ⅰ/0自動機(jī)的字符集描述融合處理的時序數(shù)據(jù)，提煉數(shù)據(jù)融合處理過程中關(guān)鍵處理狀態(tài)和信息事件；利用時序Ⅰ/0自動機(jī)模型輸入語言和輸出語言的并、連接運算表示對各傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)的時空域融合處理

4、。通過檢測多傳感器融合的時序Ⅰ/0自動機(jī)模型狀態(tài)序列的可達(dá)性，驗證并分析了多傳感器融合處理過程的正確性和實時性。 第三，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是多傳感器融合的主要處理模塊，又是一種數(shù)據(jù)處理方法。利用時序Ⅰ/0自動機(jī)對觀測數(shù)據(jù)的獲取、處理過程進(jìn)行了形式化描述，建立了數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的時序Ⅰ/0自動機(jī)模型，并提出一種基于時序Ⅰ/0自動機(jī)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性能評價算法，通過寬度優(yōu)先搜索時序Ⅰ/0自動機(jī)模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖驗證數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模塊生成航跡的正確性，并討論了算法實

5、現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。 第四，傳感器管理是多傳感器融合過程的控制模塊。當(dāng)某些傳感器出現(xiàn)故障時，本文對傳感器控制策略進(jìn)行分析，并利用自動機(jī)產(chǎn)生的語言測度實現(xiàn)傳感器控制策略性能的評價。建立了描述傳感器管理模塊對多傳感器邏輯控制行為的自動機(jī)模型；通過對可控制事件的非使能設(shè)定，描述不同的控制策略；并提出語言測度參數(shù)的遞歸估計方法與停止規(guī)則，根據(jù)語言測度獲取不同傳感器控制策略的性能指標(biāo)。 第五，采用時序Ⅰ/0自動機(jī)模型產(chǎn)生語言的信息熵評價

6、數(shù)據(jù)融合過程性能。多傳感器融合的時序Ⅰ/0自動機(jī)模型中輸入信息和輸出信息作為兩種不同的信息源，利用信息源概率空間上的信息熵推導(dǎo)時序Ⅰ/0自動機(jī)模型上的融合熵，定量描述了多傳感器融合對降低決策結(jié)果不確定性與增加信息量的有效性。最后驗證了多傳感器融合的時序Ⅰ/0自動機(jī)模型融合熵分析方法的正確性。 第六，將基于自動機(jī)理論的多傳感器融合建模方法應(yīng)用于C3I系統(tǒng)的建模和實時性分析。提出基于計算樹邏輯CTL的C3I系統(tǒng)的實時性表達(dá)方法，詳細(xì)