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1、沈阳理工大学硕士学位论文基于HLA数据融合仿真技术研究姓名：纪锴申请学位级别：硕士专业：计算机应用指导教师：张德育20090301沈阳理工大学硕士学位论文 摘 要 数据融合是将来自多个传感器或多源的信息进行综合处理，得出更加准确、可靠的结论。数据融合在军事上已发展成为一个十分活跃的热门研究领域，包括中国在内的许多国家都把它列为下一阶段的重点发展的关键技术。除了军事外，数据融合在工业、交通和金融等领域也有着广泛的应用及发展前景。 本文结合数据融合技术在多目标跟踪中的应用，对数据融合相关技术进行研究，设计并实现了数据融合仿真系统。首先从特征级角度分析了各种数据融合结构特点，仿真系统采用了分布式数据
2、融合结构。根据目标做匀速直线运动的特点，仿真系统采用最简单、有效的最邻近数据关联算法进行数据关联，并应用扩展Kalman 滤波算法进行目标状态估计。最后仿真系统采用外推航迹关联算法实现局部与系统航迹关联。 本文采用最先进的分布式交互仿真技术高层体系结构(HLA)规范， 将数据融合仿真系统分为目标数据生成、传感器数据融合、融合中心航迹关联三个组成部分，并按照HLA的开发和执行过程模型(FEDEP)分别进行设计和开发。使用VC+6.0和VRlink提供的接口函数实现了数据融合仿真系统，使用VC+6.0结合Matlab 6.5实现了仿真系统中的Kalman滤波算法。在本文的最后部分对仿真系统进行了测
3、试，该仿真系统为数据融合算法的研究及数据融合系统的开发提供了有效的数据及理论支持。 关键词：数据融合；分布式仿真；高层体系结构 沈阳理工大学硕士学位论文 Abstract The purpose of data fusion is to get more accurate and reliable conclusion by synthetically handling the information from multiple sensors or multi-source. Data fusion has become a very hot research field in milita
4、ry, and regarded as the key development technology in the next phase in many countries including China. There are also extensive application and development prospects in fields such as industry, transport and finance besides military. Combining with the application in tracking multi-targets, data fu
5、sion technology is studied and data fusion simulation system is designed and finally implemented in this paper. Data fusion structure is analyzed from the perspective of character class fusion and distributed structure is adopted in simulation system. The nearest neighbor data association algorithm
6、is adopted in data association because of the uniform motion of target and extended Kalman filter is adopted to estimate target state to solve nonlinear filter. Finally, extrapolation track association algorithm is adopted to implement the global and local track association. The simulation system is
7、 divided into target data generation, sensors data fusion, and fusion center track association. The simulation system is designed and developed according to High Level Architecture (HLA) development and implementation process model (FEDEP). VC+6.0 and the interface functions provided by VRlink is ad
8、opted to achieve data fusion simulation system according to the norms of HLA, and Kalman filter algorithm is implemented with VC+6.0 and Matlab 6.5. It is tested in the final part of this paper. Effective data and theoretical support are provided for the research of data fusion algorithm and the dev
9、elopment of data fusion system. Key words: Data Fusion; Distributed Simulation; High Level Architecture 沈阳理工大学 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明:本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本 人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出， 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 作者（签字） ：
10、日 期 ： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期：第 1 章 绪 论 -1- 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究背景及意义 随着科学技术的发展，传感器性能获得了很大的提高，各种面向复杂应用背景的多传感器系统大量
11、涌现。在多传感器系统中，由于信息表现形式的多样性，信息数量的巨大性，信息关系的复杂性，以及要求信息处理的及时性，都超出了人脑的信息综合处理能力。从20世纪70年代，一个新兴的学科多传感器数据融合应运而生并迅速发展起来。 数据融合技术最早被应用在各国的军事指挥自动化系统和各种武器平台上， 到20世纪90年代初，美国已经研制了几十个军用数据融合系统，并将其列为20世纪90年代重点研究、开发的20项关键技术之一。资料显示世界各国诸如此类应用数据融合的系统已超过80多个，涉及陆、海、空各军兵种。数据融合在民事中也得到了广泛的应用，在工业过程监视中识别引起系统状态超出正常运行范围的故障条件；通过融合来自
12、多个传感器的信息，引导机器人处理某些对象；在空中交通管制系统中，通过雷达数据的融合提供飞机位置、航向、速度等属性，同时数据融合在遥感、毒品检查、病人照顾系统、金融系统等方面都得到了应用。由此可见数据融合技术无论在军事还是民事方面都有着十分广泛的应用前景。 由于数据融合涉及多学科、多部门、多领域1，数据具有多源性，系统很难全面而准确的被描述，因此直接将数据融合技术应用于系统进行开发需要大量的人力、物力以及财力。仿真技术提供了一种无破坏的、可多次重复运行、可控制的手段，并可以应用于系统全生命周期的各个阶段。其主要优点表现在仅需在可重复执行的模型上运行，其费用远比对实际系统进行实验低，某些存在危险性
13、的实验可以通过仿真避免危险性，可以进行假设检验预测系统的特性和预测在外部因素作用下系统受到的影响，而且在系统发生故障后可以通过仿真使之再现，以便分析判断故障产生的原因。 本文结合数据融合技术在多目标跟踪中的应用， 重点研究数据融合技术以及仿真技术。按照HLA标准，利用RTI作为运行支撑环境，将数据融合仿真系统各部分沈阳理工大学硕士学位论文 -2- 进行独立开发，有利于数据融合仿真系统的重用和仿真系统规模的扩展2。数据融合仿真系统为数据融合技术的研究提供了有效的平台，同时为数据融合系统的开发和建设提供了有力的理论及技术支持。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 数据融合技术国内外研究现状 国外对
14、数据融合技术的研究起步较早。早在1973年，美国研究机构就在国防部的资助下，开展了声纳信号理解系统的研究。从那以后，数据融合技术便迅速发展起来，不仅在各种军事系统中得到应用，而且在工业控制、机器人、空中交通管制、海洋监控、综合导航和管理等领域也得到广泛的应用。1988年，美国国防部把数据融合技术列为90年代重点研究开发的二十项关键技术之一。到1999年为止的财政年度中，每年用于数据融合技术研究的费用高达一亿美元之多，同时巨大的人力、物力和财力的投入也得到了更大的回报。近30年来，英、日、德等国家都竞相投入数据融合技术的研究，并已取得大量研究成果。目前，多传感器数据融合技术己发展为一个十分活跃的
15、热门研究领域，是多学科、多部门共同关心的共性关键技术3。 国内关于数据融合技术的研究则起步较晚。20 世纪 80 年代初，人们开始从事多目标跟踪技术研究，到了 80 年代末才开始出现有关多传感器数据融合技术研究的报导。当时，人们对它的含义有着不同的理解，主要的提法有：数据合成，数据汇编，数据汇集，数据综合等。20 世纪 90 年代初，这一领域在国内才逐渐形成高潮。在政府、军方和各种基金部门的资助下，国内一批高校和研究所开始广泛从事这一技术的研究工作，出现了一大批理论研究成果。与此同时，也有几部数据融合领域的学术专著和译著出版。20 世纪 90 年代中期，数据融合技术在国内已发展成为多方关注的共
16、性关键技术，出现了许多热门研究方向，相继出现了一批多目标跟踪系统和有初步综合能力的多传感器数据融合系统。 1.2.2 计算机仿真技术国内外发展现状 计算机仿真技术是以计算机为工具，以相似原理、信息技术以及各种相关应用领域的基本理论与技术为基础，根据系统实验的目的，建立实际或设想系统的模型，并在不同的条件下，对模型进行动态试验的一门综合技术。随着计算机技术的提高，带动了计算机仿真技术的快速发展。当前，计算机仿真已经成系统特第 1 章 绪 论 -3- 别是复杂的大系统分析、研究、测试、评估、研制和技能训练的重要手段。 仿真技术的发展趋势是分布式、交互式、开放式以及标准化、组建化和集成化，其立足点是解决各类仿真模型、仿真系统之间的互操作和可重用等问题。分布交互仿真(Distributed Interactive Simulation， DIS)是计算机技术的进步与仿真需求不断发展的结果，其特点主要表现在分布性、交互性、异构性、时空一致性和开放性。 分布
