第 28卷第 9期 电 子 与 信 息 学 报 Vol.28No.9
2006 年 9 月 Journal of Electronics & Information Technology Sept.2006
多传感器异步数据融合算法
郭徽东 章新华 宋 元 陆强强
(海军大连舰艇学院信号与信息技术研究中心 大连 116018)
摘 要 由于传感器的采样速率和通信延迟,传感器的不同步问题大大降低了多传感器系统数据融合的精度。研
究多传感器异步融合比同步数据融合更为迫切。该文利用误差协方差阵的迹最小准则建立了多传感器异步融合模
型,给出了具有普遍意义的多传感器异步融合模型,弥补了目前多传感器异步数据融合仅限于两两传感器的局限
性,并从理论上对多传感器异步融合的性能进行了分析。仿真结果表明该异步融合模型是有效的,能够对多传感
器的异步数据进行优化处理,并且优于单一传感器的性能。
关键词 多传感器,异步,数据融合,迹
中图分类号:TN391 文献标识码:A 文章编号:1009-5896(2006)09-1546-04
Asynchronous Multisensor Data Fusion
Guo Hui-dong Zhang Xin-hua Song Yuan Lu Qiang-qiang
(Signal and Information Research Center, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China)
Abstract Due to the reasons of sensors in itself and the communication delays, the research of the asynchronous
multisensor data fusion problem is more practical than that of synchronous one. Based on minimizing the trace of the
fusion error covariance matrix, the asynchronous multisensor data fusion algorithm is presented. The multisensor track
fusion is valid for asynchronous sensors as well as synchronous sensors. The algorithm makes up for the drawback that
asynchronous fusion is limited to one-one sensors fusion. Significantly, the extensive multisensor asynchronous sensor
fusion model is established. The analyse of algorithm in the theoretical deduction is presented. The format of algorithm is
concise and applicable. Finally, simulation results show the asynchronous mulitsensor fusion is effective and the
performance of the model is superior to that of single sensor.
Key words Multisensor, Asynchronous, Data fusion, Trace
1 引言
在多传感器融合理论中,一般研究的是同步数据融合,
即假设各传感器同步对目标进行测量,并且同步传送到融合
中心。而实际过程中,传感器系统存在不同观测时间和数据
传输延迟,人们将传感器系统分为同步传感器系统(SSTF)和
异步传感器系统(ASTF)。在同步传感器系统中,对来自不同
传感器的数据进行融合和噪声平滑再送往融合中心,在异步
多传感器系统中,需要将不同时刻的数据统一到融合中心同
一时刻上,再对量测数据进行优化、融合。对异步传感器数
据融合的方法主要有Alouani
[1,2]
提出的基于量测和模型噪声
相互独立的最优异步融合算法,Blair
[3]
的最小二乘数据压缩
法以及文献[4]的异步航迹融合方法等。文献[1,2]算法复杂,
不容易工程实现,文献[3]模型需要大量数据,无法满足实时、
在线计算的要求,文献[4]引用文献[5]中同步最优融合的加权
方法,未构成误差协方差迹最小的异步融合。并且,目前异
步融合最主要的局限性在于各种算法都只能适用于两两传
感器之间的异步融合,对来自于多个传感器的异步数据无法
进行有效处理。本文在分布式多传感器系统中,假设各传感
器形成本地目标航迹和目标关联的前提下,利用融合中心误
2005-01-13 收到,2005-07-08 改回
国家部级基金资助课题
差协方差阵的迹最小的准则建立了多传感器异步融合模型,
给出普遍意义下的多传感器异步融合的矩阵系数和融合模
型,并从理论上分析了多传感器异步融合的性能。
2 状态描述
假设目标的状态由下述随机线性方程描述:
() () ()Xt AXt GWt=+
&
T
[() ()] ()( )EW tW t qt t
(1)
τ
=−
() ()
iiKi
(2)
不同步的传感器的量测方程为
HXt V k=+
1, 2, ,in= L
(1) (1,)() ()
, (3)
相应的离散时间过程为
kkkXkWk
=+ +
( 1, ) exp( )kk AT
(4)
=
(5)
1
() ( 1,) ()d
k
k
Wk k GW
τττ
+
=+
∫
T
[() ()] ()
kl
EW kW l Qk
(6)
=
T
[() ()] ()
ii ikl
EV kV l R k
(7)
=
1
TT
(1,) (1,)() (1,)d
k
k
Qk k k Gq G k
(8)
ττΦ ττ
+
+= + +
∫
k
(9)
3 多传感器异步融合
融合中心的采样间隔T 和相应的离散时间标记 不同