多传感器数据融合技术及应用分析报告.ppt

课程简介-数据融合 关键问题：在于如何对误差和不确定 进行建模 （ex，同一传感器在相同的条件下多次检测存在着差异） 误差与不确定建模具体包括： （1）融合过程的误差 误差的传播 （二）研究方向 多传感器数据融合的评估方法 数据融合系统的传感器优化布局 多源异构信息融合算法 大数据/海量数据融合的并行处理机制（包括软件与硬件） 目标评估：融合目标的位置、速度、身份等参数，以达到对这些参数的精确表达，主要包括数据配准、跟踪和数据关联、辨识（以航迹辨识为例） 态势评估：检测当前的环境推断出检测目标与事件之间的关系，以判断出检测目标的意图 （ex：ATMS+D-S，意图逻辑） （5）威胁估计（第五级） 估计敌方杀伤力和危险性，估计我方薄弱环节，并对敌方的意图进行提示和警告 （6）辅助功能 DBM+人机接口与评估计算 传感器节点散布在指定的感知区域内，每个节点都可以收集数据，并通过“多跳”路由方式把数据传送到Sink。 Sink也可以用同样的方式将信息发送给各节点 Sink直接与Internet或通信卫星相连，通过Internet或通信卫星实现任务管理节点(即观察者)与传感器之间的通信 第三节 无线传感网络 无线传感网络 WSN: Wireless Sensor Network 动态拓扑、移动、自组网→导致复杂的数据融合问题 传感器网络综合了： 传感器技术 嵌入式计算技术 分布式信息处理技术 无线通信技术 能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，传送到这些信息的用户 一、概述 随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现（如图） （应用）传感器网络可以使人们在任何时间、地点和环境条件下获取大量详实而可靠的信息。因此，可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域 传感器网络是信息感知和采集的一场革命 美国自然科学基金委员会2003年制定了传感器网络研究计划，投资3千4百万美元,支持相关基础理论的研究 美国商务周刊和MIT技术评论，将WSN列为21世纪改变世界的十大技术之一 二、基本概念 传感网络定义 传感器网络是由一组传感器以Ad Hoc方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者 解释 （1）传感器、感知对象和观察者是传感器网络的3个基本要素 （2）有线或无线网络是传感器之间、传感器与观察者之间的通信方式，用于在传感器与观察者之间建立通信路径 （3）协作地感知、采集、处理、发布感知信息是传感器网络的基本功能 传感器的组成 传感器由电源、感知单元、嵌入式处理器、存储器、通信部件和软件等组成 （1）电源：传感器提供正常工作所必需的能源 （2）感知单元：用于感知、获取外界信息，将其转换为数字信号 （3）处理部件：负责协调节点各部分的工作，如对感知部件获取的信息进行必要的处理、保存，控制感知部件和电源的工作模式等 （4）通信部件：负责与其他传感器或观察者的通信 （5）软件：为传感器提供必要的软件支持，如嵌入式操作系统、嵌入式数据库系统等 传感器网络结构 由传感器节点、汇聚节点-接收发送器(sink)、Internet或通信卫星、任务管理节点等部分构成 传感器网络的特点 通信能力有限 传感器网络的传感器的通信带宽窄而且经常变化，通信覆盖范围只有几十到几百米，无线通信半径一般≤100m 电源能量有限 E=kdn，2≤n≤4，其中 E：能耗，d：通信距离 传感器传输1位信息所需要的电能足以执行3000条计算指令 计算能力有限 嵌入式处理器和存储器的能力和容量有限，传感器节点的计算能力十分有限 传感器数量大、分布范围广 网络动态性强 移动性，节点失效或新的节点加入，传感器网络必须能够可重构和自调整性 大规模分布式触发器 触发器：回控装置和控制软件 感知数据流巨大 巨大的实时数据流需要研究强有力的分布式数据流管理、查询、分析和挖掘方法 WSN路由协议 能量感知路由协议 从数据传输中的能耗出发，研究最优能耗路径以及最长网络生存期问题 基于查询的路由协议 地理位置路由协议（目标跟踪） 唤醒距跟踪目标最近的传感器节点，以得到关于目标更精 确位置等相关信息，将节点的位置信息作为作为路由选择 的依据 数据融合： 传感器节点的采样信息在传输路径上需要数据融合，以减 少通信流量 应用实例-基于无线传感网络的数据融合 数据融合？-目标检测 磁阻传感器在车