一文读懂自动驾驶系统多传感器信息融合

智驾最前沿 2022-06-17 08:00
关注回复“资料”,领取特斯拉专利技术解析报告
多传感器信息融合系统功能和结构模型
信息融合模型可以用功能、结构和数学模型等几方面来研究和表示。功能模型从融合过程出发,描述信息融合包括哪些主要功能、数据库,以及进行信息融合时系统各组成部分之间的相互作用过程;结构模型从信息融合的组成出发,说明信息融合系统的软、硬件组  成,相关数据流、系统与外部环境的人机界面;数学模型则是信息融合算法和综合逻辑。为了更有针对性地研究信息融合算法,本次讨论信息融合系统的功能和结构模型。
多传感器信息融合示意
根据融合的功能层次,把信息融合分为五级,即五个层次。在信息融合的五级模型中,第一个层次为检测判决融合;第二个层次为位置融合;第三个层次为目标识别(属性)信息融合;第四个层次为态势评估;第五个层次为威胁估计。在这种功能模型描述中,前三个层次的信息融合适合于任意的多传感器信息融合系统,而后两个层次主要适用于军事应用指挥控制通信计算机情报监视与侦察系统,CSR系统中的信息融合。这是一种广义的信息融合功能分级法,这种从信息融合功能的角度出发把它分为五个层次,更有利于信息融合技术的研究。下图给出了这种分级方法的功能框图,图中,左边是传感器的监视/跟踪环境及数据的采集源。辅助信息包括人工情报、先验信息和环境参数。融合功能主要包括第一级处理、预滤波、采集管理、第二级处理、第三  级处理、第四级处理、第五级处理、数据库管理、支持数据库、人机接口和性能评估。
功能框图
检测级融合结构 
从分布检测的角度看,检测级融合的结构模型主要有五种:即分散式结构、并行结构、串行结构、树状结构和带反馈并行结构。  分散式空间结构的分布检测系统如下图所示,这空间结构实际上是将并行结构中的融合节点S取消后得到的。每个局部决u(i=1,,N)又都是最终决策。在具体应用中可按照某种规则将这些分离的子系统联系来,看成一个大系统,并遵循大系统中的某种最优化准则来确定每个子系统的工作点。并行结构的分布检测系统如下图所示,N个局部节点S1,S2,…,S的传感器在收到未经处理原始数据Y1,Y2,…,Y之后,在局部节点分别作出局部检测判决,然后,它们  在检测中心通过融合得到全局决策uo。这种结在分布检测系统中的应用较为普遍。
分散式结构
并行结构
位置融合结构
从多传感器系统的信息流通形式和综合处理层次上看,位置融合级系统结构模型主要有四种,即集中式,分布式,混合式和多级式。分别如下图所示:
集中式融合
分布式融合
混合式融合
多级式结构
集中式结构将传感器录取的检测报告传递到融合中心,在那里进行数据对准、点迹相关、数据互联、航迹滤波、预测与综合跟踪。这种结构的最大优点是信息损失最小,但数据互联较困难,并且要求系统必须具备大容量的处理能力,计算负担重,系统的生存能力也相对较差。
分布式结构的特点是:每个传感器的检测报告在进入融合以前,先由它自己的数据处理器产生局部多目标跟踪航迹,然后把处理过的信息送至融合中心,中心根据各节点的航迹数  据完成航迹关联和航迹融合,形成全局估计,这类系统应用很普遍。特别是在军事CISR系统中,它不仅具有局部独立跟踪能力,而且还有全局监视和评估特征的能力。系统的造价也可限制在一定的范围内,并且有较强的自下而上能力。这种结构还称作分级式3和自主式融合。在分布式结构中,各节点连接成类似于环形的结构,或许还有相互交叉的信息传输。 
混合式同时传输探测报告和经过局部节点处理过的航迹信息,它保留了上述两类系统的优点,但在通信和计算上要付出昂贵的代价。对于安装在同一平台上的不同类型传感器,如雷达、敌我识别(IFF)、红外搜索与跟踪、电子支援措施(ESM)组成的传感器群也许用混合式结构更合适,例如机载多传感器数据融合系统。 
在多级式结构中,各局部节点可以同时或分别是集中式、分布式或混合式的融合中心,它们将接收和处理来自多个传感器的数据或来自多个跟踪器的航迹,而系统的融合节点要再次对各局部融合节点传送来的航迹数据进行关联和融合,也就是说目标的检测报告要经过两级以上的位置融合处理,因而把它称做多级式系统。典型的多级式系统如海军指挥控制中心、舰队指挥中心、海上多平台系统、岸基或陆基战役或战略CR系统等。为了提高局部节点的跟踪能力,对分布式、混合式和多级式系统,其局部节点也经常接收来自融合节点的反馈信息如果从数据融合系统的五个层次上看,任何一个军用多传感器系统都可以看成是多级式融合结构。
多传感器信息融合示意
目标识别融合结构 
如之前所述,目标识别(属性)数据融合结构主要有三类:决策层属性融合、特征层属性融合和数据层属性融合。下图给出了决策层属性融合结构。在这种方法中,每个传感器为了获得一个独立的  属性判决要完成一个变换,然后顺序融合来自每个传感器的属性判决。其中I/D是来自第i个传感器的属性判决结果。示意图如下:
决策层属性融合结构 
特征层属性融合的结构
在这种方法中,每个传感器观测一个目标,并且为了产生来自每个传感器的特征向量要完成特征提取,然后融合这些特征向量,并基于联合特征向量作出属性判决。另外,为了把特征向量划分成有意义的群组必须运用关联过程对此,位置信息是有用的。数据层属性融合结构表示在下图中。在这种数据层融合方法中,直接融合来自同类传感器的数据,然后是特征提取和来自融合数据的属性判决。为了完成这种数据层融合,传感器必须是相同的(如几个红外(IR)传感器)或者是同类的(例如一个红外传感器和一个视觉图像传感器)。为了保证被融合的数据对应于相同的目标或客体,关联要基于原始数据完成。与位置融合结构类似,通过融合靠近信源的信息可获得高的精度,即数据层融合可能。
数据层属性融合的结构
比特征层精度高,而决策层融合可能最差,但数据层融合仅对产生同类观测的传感器是适用的。当然通过这三种方法也可以组成其他混合结构。另外,就融合的结构而论,位置与属性融合是紧密相关的,并且常常是并行同步处理的,这就是有人把它们看成一级融合的原因。Dasarathy将传统的数据层、特征层和决策层融合进一步细分为“数据入数据出(DAI DAO)”、“数据入特征出(DAI-FEO)”、“特征特征出(FEI-FEO)”、“特征入决策出  (FEI-DEO)”和“决策入决策出(DEI-DEO)”五级该方法可用于构建灵活的信息融合系统结构,对实际的应用研究有指导意义。
多传感器信息融合的优势在于,能够综合利用多种信息源的不同特点,多方位获得相关信息,从而提高整个系统的可靠性和精准度。未来传感器融合技术将显得更加重要,并且会成为一种趋势。
转载自网络,文中观点仅供分享交流,不代表本公众号立场,如涉及版权等问题,请您告知,我们将及时处理。

-- END --

智驾最前沿 「智驾最前沿」深耕自动驾驶领域技术、资讯等信息,解读行业现状、紧盯行业发展、挖掘行业前沿,致力于助力自动驾驶发展与落地!公众号:智驾最前沿
评论
  •   在信号处理过程中,由于信号的时域截断会导致频谱扩展泄露现象。那么导致频谱泄露发生的根本原因是什么?又该采取什么样的改善方法。本文以ADC性能指标的测试场景为例,探讨了对ADC的输出结果进行非周期截断所带来的影响及问题总结。 两个点   为了更好的分析或处理信号,实际应用时需要从频域而非时域的角度观察原信号。但物理意义上只能直接获取信号的时域信息,为了得到信号的频域信息需要利用傅里叶变换这个工具计算出原信号的频谱函数。但对于计算机来说实现这种计算需要面对两个问题: 1.
    TIAN301 2025-01-14 14:15 103浏览
  • ARMv8-A是ARM公司为满足新需求而重新设计的一个架构,是近20年来ARM架构变动最大的一次。以下是对ARMv8-A的详细介绍: 1. 背景介绍    ARM公司最初并未涉足PC市场,其产品主要针对功耗敏感的移动设备。     随着技术的发展和市场需求的变化,ARM开始扩展到企业设备、服务器等领域,这要求其架构能够支持更大的内存和更复杂的计算任务。 2. 架构特点    ARMv8-A引入了Execution State(执行状
    丙丁先生 2025-01-12 10:30 459浏览
  • 新年伊始,又到了对去年做总结,对今年做展望的时刻 不知道你在2024年初立的Flag都实现了吗? 2025年对自己又有什么新的期待呢? 2024年注定是不平凡的一年, 一年里我测评了50余块开发板, 写出了很多科普文章, 从一个小小的工作室成长为科工公司。 展望2025年, 中国香河英茂科工, 会继续深耕于,具身机器人、飞行器、物联网等方面的研发, 我觉得,要向未来学习未来, 未来是什么? 是掌握在孩子们生活中的发现,和精历, 把最好的技术带给孩子,
    丙丁先生 2025-01-11 11:35 449浏览
  • PNT、GNSS、GPS均是卫星定位和导航相关领域中的常见缩写词,他们经常会被用到,且在很多情况下会被等同使用或替换使用。我们会把定位导航功能测试叫做PNT性能测试,也会叫做GNSS性能测试。我们会把定位导航终端叫做GNSS模块,也会叫做GPS模块。但是实际上他们之间是有一些重要的区别。伴随着技术发展与越发深入,我们有必要对这三个词汇做以清晰的区分。一、什么是GPS?GPS是Global Positioning System(全球定位系统)的缩写,它是美国建立的全球卫星定位导航系统,是GNSS概
    德思特测试测量 2025-01-13 15:42 478浏览
  • 随着数字化的不断推进,LED显示屏行业对4K、8K等超高清画质的需求日益提升。与此同时,Mini及Micro LED技术的日益成熟,推动了间距小于1.2 Pitch的Mini、Micro LED显示屏的快速发展。这类显示屏不仅画质卓越,而且尺寸适中,通常在110至1000英寸之间,非常适合应用于电影院、监控中心、大型会议、以及电影拍摄等多种室内场景。鉴于室内LED显示屏与用户距离较近,因此对于噪音控制、体积小型化、冗余备份能力及电气安全性的要求尤为严格。为满足这一市场需求,开关电源技术推出了专为
    晶台光耦 2025-01-13 10:42 492浏览
  • 在不断发展的电子元件领域,继电器——作为切换电路的关键设备,正在经历前所未有的技术变革。固态继电器(SSR)和机械继电器之间的争论由来已久。然而,从未来发展的角度来看,固态继电器正逐渐占据上风。本文将从耐用性、速度和能效三个方面,全面剖析固态继电器为何更具优势,并探讨其在行业中的应用与发展趋势。1. 耐用性:经久耐用的设计机械继电器:机械继电器依靠物理触点完成电路切换。然而,随着时间的推移,这些触点因电弧、氧化和材料老化而逐渐磨损,导致其使用寿命有限。因此,它们更适合低频或对切换耐久性要求不高的
    腾恩科技-彭工 2025-01-10 16:15 97浏览
  • 01. 什么是过程能力分析?过程能力研究利用生产过程中初始一批产品的数据,预测制造过程是否能够稳定地生产符合规格的产品。可以把它想象成一种预测。通过历史数据的分析,推断未来是否可以依赖该工艺持续生产高质量产品。客户可能会要求将过程能力研究作为生产件批准程序 (PPAP) 的一部分。这是为了确保制造过程能够持续稳定地生产合格的产品。02. 基本概念在定义制造过程时,目标是确保生产的零件符合上下规格限 (USL 和 LSL)。过程能力衡量制造过程能多大程度上稳定地生产符合规格的产品。核心概念很简单:
    优思学院 2025-01-12 15:43 507浏览
  • 根据Global Info Research(环洋市场咨询)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机电池和电源产值达到2834百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为10.1%。 无人机电池是为无人机提供动力并使其飞行的关键。无人机使用的电池类型因无人机的大小和型号而异。一些常见的无人机电池类型包括锂聚合物(LiPo)电池、锂离子电池和镍氢(NiMH)电池。锂聚合物电池是最常用的无人机电池类型,因为其能量密度高、设计轻巧。这些电池以输出功率大、飞行时间长而著称。不过,它们需要
    GIRtina 2025-01-13 10:49 173浏览
  • 食物浪费已成为全球亟待解决的严峻挑战,并对环境和经济造成了重大影响。最新统计数据显示,全球高达三分之一的粮食在生产过程中损失或被无谓浪费,这不仅导致了资源消耗,还加剧了温室气体排放,并带来了巨大经济损失。全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗(SIX:AMS)近日宣布,艾迈斯欧司朗基于AS7341多光谱传感器开发的创新应用来解决食物浪费这一全球性难题。其多光谱传感解决方案为农业与食品行业带来深远变革,该技术通过精确判定最佳收获时机,提升质量控制水平,并在整个供应链中有效减少浪费。 在2024
    艾迈斯欧司朗 2025-01-14 18:45 29浏览
  • 数字隔离芯片是现代电气工程师在进行电路设计时所必须考虑的一种电子元件,主要用于保护低压控制电路中敏感电子设备的稳定运行与操作人员的人身安全。其不仅能隔离两个或多个高低压回路之间的电气联系,还能防止漏电流、共模噪声与浪涌等干扰信号的传播,有效增强电路间信号传输的抗干扰能力,同时提升电子系统的电磁兼容性与通信稳定性。容耦隔离芯片的典型应用原理图值得一提的是,在电子电路中引入隔离措施会带来传输延迟、功耗增加、成本增加与尺寸增加等问题,而数字隔离芯片的目标就是尽可能消除这些不利影响,同时满足安全法规的要
    华普微HOPERF 2025-01-15 09:48 24浏览
  • 随着通信技术的迅速发展,现代通信设备需要更高效、可靠且紧凑的解决方案来应对日益复杂的系统。中国自主研发和制造的国产接口芯片,正逐渐成为通信设备(从5G基站到工业通信模块)中的重要基石。这些芯片凭借卓越性能、成本效益及灵活性,满足了现代通信基础设施的多样化需求。 1. 接口芯片在通信设备中的关键作用接口芯片作为数据交互的桥梁,是通信设备中不可或缺的核心组件。它们在设备内的各种子系统之间实现无缝数据传输,支持高速数据交换、协议转换和信号调节等功能。无论是5G基站中的数据处理,还是物联网网关
    克里雅半导体科技 2025-01-10 16:20 439浏览
  • 随着全球向绿色能源转型的加速,对高效、可靠和环保元件的需求从未如此强烈。在这种背景下,国产固态继电器(SSR)在实现太阳能逆变器、风力涡轮机和储能系统等关键技术方面发挥着关键作用。本文探讨了绿色能源系统背景下中国固态继电器行业的前景,并强调了2025年的前景。 1.对绿色能源解决方案日益增长的需求绿色能源系统依靠先进的电源管理技术来最大限度地提高效率并最大限度地减少损失。固态继电器以其耐用性、快速开关速度和抗机械磨损而闻名,正日益成为传统机电继电器的首选。可再生能源(尤其是太阳能和风能
    克里雅半导体科技 2025-01-10 16:18 322浏览
  • 流量传感器是实现对燃气、废气、生活用水、污水、冷却液、石油等各种流体流量精准计量的关键手段。但随着工业自动化、数字化、智能化与低碳化进程的不断加速,采用传统机械式检测方式的流量传感器已不能满足当代流体计量行业对于测量精度、测量范围、使用寿命与维护成本等方面的精细需求。流量传感器的应用场景(部分)超声波流量传感器,是一种利用超声波技术测量流体流量的新型传感器,其主要通过发射超声波信号并接收反射回来的信号,根据超声波在流体中传播的时间、幅度或相位变化等参数,间接计算流体的流量,具有非侵入式测量、高精
    华普微HOPERF 2025-01-13 14:18 474浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦