信息融合的自然融合法與強(qiáng)制融合法的比較

一、信息融合技術(shù)的概念信息整合是解決一個(gè)系統(tǒng)使用不同的傳感器問題的一項(xiàng)關(guān)于信息的技術(shù)。信息融合技術(shù)是近幾年剛剛起步的一門實(shí)踐應(yīng)用技術(shù),目前還沒有普遍使用的概念和統(tǒng)一的表達(dá)方式,各領(lǐng)域的信息融合方案各有不同。在多傳感器信息融合技術(shù)誕生的初期,主要有兩種技術(shù)手段,貝葉斯估計(jì)和Dempster-Shafer證據(jù)理論。隨著信息融合技術(shù)在很多領(lǐng)域的不斷推廣,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊集理論、專家系統(tǒng)等方法也在這方面得到了迅速的發(fā)展具體來說,多傳感器信息融合技術(shù)是指通過一定的算法“合并”來自多個(gè)信息源的信息,以產(chǎn)生更可靠、更準(zhǔn)確的信息,并根據(jù)這些信息做出最可靠的決策。我們?cè)谶@里提出了自然融合方法,并對(duì)自然融合方法和強(qiáng)制融合方法進(jìn)行了比較,并且對(duì)結(jié)果進(jìn)行了討論。二、試驗(yàn)測量的測量溫度自然融合法是根據(jù)物理量之間的關(guān)系,一步步順序由一物理量轉(zhuǎn)化為另一物理量的數(shù)據(jù)融合過程。圖1為自然融合模型。下面就是利用自然融合法推導(dǎo)了壓力傳感器輸入壓力P與壓力輸出信號(hào)U壓力傳感器輸出信號(hào)U其中U其中S稱為壓力靈敏度,與傳感器的膜厚,膜面積及力敏電阻條的設(shè)計(jì)布置有關(guān)。α我們利用Matlab軟件編寫了一個(gè)數(shù)據(jù)擬合程序。對(duì)于P=f(U)函數(shù),只要輸入各次測量值U表1中,每一行對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)壓力值,每一列對(duì)應(yīng)各測量值溫度值。依據(jù)每一列溫度及對(duì)應(yīng)壓力下的折合到參考溫度(25℃)的輸出信號(hào)我們將試驗(yàn)測定的壓力傳感器的零點(diǎn)電壓與溫度關(guān)系的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(表2)再用Matlab軟件處理,得到以下多項(xiàng)式關(guān)系,在-10°C~59°C,試驗(yàn)數(shù)據(jù)全程擬合時(shí)為:壓力傳感器測量環(huán)境的溫度是利用恒流源供電時(shí)二極管的正向壓降而測定的。管壓降溫度變化率因此,對(duì)上式積分可以得到:選定T當(dāng)選定二極管的正向電流為1mA,測定0°C時(shí),所用二極管的管壓降U將上式代入式(5),于是得到:這就是壓力輸出信號(hào)U三、擬合方程的常系數(shù)強(qiáng)制融合法是不依據(jù)物理量之間的關(guān)系,進(jìn)行的數(shù)據(jù)信息融合。圖2為強(qiáng)制融合模型。表3為壓力傳感器輸出值U由二維坐標(biāo)(U其中:a?為確定上式所表征的二次曲面擬合方程式的常系數(shù),通常根據(jù)最小二乘法原理,求得的系數(shù)值滿足方程誤差最小條件。由二次曲面擬合方程計(jì)算得到的P(U總計(jì)由m×n個(gè)標(biāo)定點(diǎn),其均方差R由上式可見,均方誤差R則可得如下6個(gè)方程:式中:l=m×n—標(biāo)定點(diǎn)的總數(shù);—壓力傳感器在標(biāo)定點(diǎn)輸出值U溫度傳感器在標(biāo)定點(diǎn)輸出值U式中,U于是擬合方程式(8)就被確定為上面二信息融合過程中,此二信息的數(shù)值相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)它們數(shù)量級(jí)相差較大時(shí),為了檢驗(yàn)融合過程會(huì)帶來較大的誤差,我們改變U四、強(qiáng)制融合的困境根據(jù)上面三方程式(7)、(11)和(12),分別計(jì)算得壓力P