张啸天

海军大连舰艇学院，辽宁大连，116000

0 引言

进入新世纪后，随着我国国民经济实力的不断增强，我国社会主义市场经济体制也必须逐步完善，生活的各个领域都取得了前所未有的进步和发展。其中，数据集成技术是一个比较先进的门类，该技术逐渐应用于军事和民用等多个领域，数据集成技术也成为水声信号处理行业的关键技术之一[1-2]。但是，由于水下环境极其复杂，这大大降低了单个传感器的可靠性，因此一个重要的趋势是多个水下传感器共同使用，这也要求更加先进的多传感器数据合并技术[3]。本文主要是针对水信号处理过程中所采用的多传感器数据融合方法进行全面的研究和分析，并且将多传感器数据融合技术在水声信号处理过程当中的应用进行阐述。

1 水声信号概念与传感器的内容

1.1 水声信号的概念

所谓水声信号，就是在水中以声波为载体，传递和传递信息的信号[4-5]。在传统的通讯系统中，信号主要是用于地面和空中通讯的。近几年，随着科技的飞速发展，通信的应用领域越来越广泛，于是就有了水下通讯。

1.2 传感器的内容

传感器主要指的是可以应用在通讯方面的联系工具，同时也可以将其应用在人与物体两者之间的通讯。传感器在应用过程当中可以有效地检测数据转变的信号特征，人们可以通过分析传感器所发送出来的信号特征来进行区分。

2 水声信号处理中的多传感器数据融合的机制和方法

数据集成技术不是新发明的，而是由传统的理论和处理技术两者之间相结合，发展了智能控制与数字信号处理等技术的一体化。所以可以看出数据集成是一项跨学科、多领域的工作。现如今中国的经济、技术水平不断提高，信息融合技术的应用也日益成熟，进一步提高多传感器数据融合方法的准确性和科学性是大势所趋。

数据合并的方法能够有效地处理合并机制所存在的问题，同时数据合并可以运用科学的方法来合并信息，将信息聚合在多个阶段。例如可以划分为数据的收集和数据的提取等，依据这一特点可以将数据的合并机制划分为以下三个层次：数据级数据合并、功能级合并信息和决策级信息合并。数据级合并强调的主要内容是合并级别，合并级别可以有效地将传感器当中所需要传输的信息和数据进行有效的整合，为决策功能做准备，数据极的合并有利于推动功能级合并的实现。功能级合并是将数据特征[6-7]删除然后合并；决策级合并是对收集到的数据进行判断和合并。由于数据合并系统所分布的数据存在特定的差异，因此，必须要基于相关基础进行有效的分类，数据合并机制可以划分为集中合并方式和分布合并方式。分布式和集中式都包括合并中心，但在数据处理方式上，集中式合并则是单次传输到合并中心。与集中式合并相比，分布式合并可以进一步降低系统性沟通压力，因此文献综述主要集中在分布式合并上。

3 水声信号处理中的多传感器数据融合的发展

多传感器数据在水声信号处理的融合技术是在20世纪中叶发展起来的一项军工领域的重要技术。发展到现在，多传感器数据在水声信号处理的融合技术已广泛应用于航天工业、工业制造、智能工业、系统及检测等诸多领域，我国则在水声信号处理领域应用得更多。

在此背景下，水声信号处理的核心也已然成为了多传感器融合技术。事实上，这是技术进步和创新的必然结果。由于海底世界如此复杂，人类不可能长时间潜入深海，我们只能依靠传感器技术来探索海底世界。起初我国只有一个传感器在海床上单独作战，而自21世纪起，多传感器融合技术迅速发展，使传感资料的处理效率和精确度得到了极大的改善。

4 多传感器数据在水声信号处理中融合应用情况

4.1 应用于水下目标探测之中

水下多点触控融合技术的使用，显著提升了水下声音识别的深度和广度。多传感器融合技术的不断发展，使得水下目标的检测精度、便利性都大大提高，满足了对现代作战资源的需求。但是，在水下环境中使用多传感器技术进行数据合并的研究还比较少，有关于传感器的参考文献也相对较少，因此必须要借鉴合并检测技术的文献资料进行全面地分析，希望可以将其应用在本篇文章的检测当中。在水下目标信号[8-9]检测中，数据融合是以分布式方式进行的，通过自身观测数据进行功能级合并、数据级决策，而后进行切割处理数据，将得到的结果传递给合并器。中心进行汇总与合并，由于分布式合并机制只需要通过合并中心来处理评估结果，避免了合并中心需要处理每个传感器所传输进来的信息和数据承载的大量运算压力，使得单一元件的性能得到了极大的提升。但是一定程度上来说也有缺陷存在于分布式合并机制中，其主要特点是各传感器仅依赖于自身的观察结果，没有对各传感器的相关关系进行分析。

在此之前，由于我国单一的传感器技术水平尚不成熟，导致无法全面检测到深度大的水下声波信号。然而由于采用了多个传感器的融合技术，很多微弱的声音都能在水内被探测到，并能被精确地传送到数据处理系统中。有了这种技术，我们的海洋通讯能力也就得以大大增强[10]。

由于多传感器数据融合技术的发展，中国海军在我国海域的安全问题上已经不那么复杂。实际上，中国海军能够利用多个感应器融合技术来预先辨识出任何进入我们海域的目标。而且，舰队可以快速确定入侵目标的形状及其可能的目的地，自然而然地，我国保护海洋的能力就得到了显著提高。

4.2 多传感器融合技术应用于追踪水声信号

在以前的水下跟踪系统中，无法立即跟踪海底的水声目标。由于之前的水下跟踪系统是单触式作战系统，水下目标的移动方向是不可能追踪的。而现在，利用多个感应器来追踪目标的问题已经得到很好地解决。多传感器系统采用融合技术，无论该系统中的哪个传感器感应到水中的声学信号，都可以立即对其进行监控。这是因为当某个传感器感应到水下声音信号时，它会立即在多点触控命令系统中传输它感应到的信息，控制系统将立即向适当的传感器提供目标轨迹的水声信号，以便及时对其进行跟踪[11-12]。

使用多传感器数据融合可以有效地解决数据关联的问题，因为使用多传感器数据融合能够通过分析相关数据之间所存在的关联，全面更新轨迹测量值，并使该测量合理化。在实际应用中，有多元模型法、卡尔曼滤波器相关法、多元假设跟踪法等三种数据方法可以用于真实的关联。

作为一种较为典型的数据相关性，数据概率关联的可靠性很高，还有相关的可追溯性可以适用于在特殊环境下的数据跟踪，所以这一方法是基于特殊情况下改进出来的方法，因此需要设定出一个假设模型：这个方程是基于目标状态的方程模型，而另一个方程是基于被测状态的方程模型。因为零白噪声序列之间具有自相关性，并且其方差也是已知的，因此得到该方程数计算的数据有利于实现模型的更新，能够全面地包含目标的可能状态[13]。

因为这种数据关联的方法具有一定的跟踪问题，所以不能够采用处理多目标跟踪的方法来解决这一问题。这两种数据关联方法的区别在于，在联合概率数据关联设计中，观测意义和轨迹的关联概率等于所有联合事件的概率之和。随后，通过数据关联的方法不断地进行更新和改造，能够创造出符合现实社会发展所需求的各种各样数据关联方法，同时也在一定程度上提高各部门工作和跟踪的效率，降低各个部位的工作压力。

4.3 多传感器融合技术应用于识别水声信号

近几年水声信号的探测领域已经应用了多个传感器的融合技术。换句话说，只要有水声信号，所有的传感器都会对水下的声音进行探测和评价，并且给出这些信号的特定特征以及对应的目标方位以及群体。

这种自动识别技术在一定程度上帮助了我国相关科学家对海洋生物领域的了解。此外，该技术还广泛应用于海军领域。这是因为海军人员可以使用该系统自动检测是中国船只还是外国船只进入我国海港，使我国海军的防御能力得到了提高[14]。

伦敦大学和英国仪器研究协会能够针对现实情况来创造出水下目标检测的数据集成技术，并且将这一种方法应用在水下远程控制机车的研究。已有文献报道，多个相对独立的二维资料结合可以获得直观清晰的三维信息，但具体的操作方法也没有给出明确的表述。随后，一部分相关的研究人员将数据集成技术应用在水下目标分类和识别的过程当中，主要是通过模型来进行分析解决功能层面的具体问题。它利用最大似然分类器对相机图像中的图像进行预分类，并将其与Adaboost算法结合，实现多任务的处理。采用对称融合技术，分离了高容错度和开放性的特征，多维特征级融合是一个过渡过程。每个相机的图像数据都需要进行特征提取，从所抽取的特征中获取的信息应当能够完整地表达出需要的信息，或具有足够的统计数据。将所收集到的信息进行分类、汇总、合成，得到适合的属性矢量，再利用该方法对属性矢量进行进一步处理，从而生成属性的描述。

4.4 自主式水下潜器导航中的多传感器数据融合

数据融合技术可以在多个水下检测和识别行为当中得到广泛的应用，而且根据这项技术所设置研究的自主水下航行器受到了广大人民群众的关注，这一研究意义的广度和深度都得到了拓展。自主潜水器是新一代水下机车，其运动范围不仅限于线缆。自主潜水器可移动，不易被发现，而且非常灵活，因此它是一种非常重要的水下作业工具。在水下作业环境中，单一的传感器设备存在着自身的缺陷，需要对多个传感器进行集成，以保证信息的准确性、科学性和可靠性。以此为基础的要求和特点，注重使用数据集成技术，现有的自主水下航行器导航系统可以分为四种类型：具有过滤和评估功能的导航系统、具有过滤功能的图像导航系统、行为驱动导航系统以及机械式导航系统等不同的系统，其计算方法各有不同，集成的方式也不尽相同[15]。比如，利用陀螺仪、深度传感器、速度传感器等仪器，可以直接采集和处理以GPS为基础的导航系统，预测自主水下航行器的方向，可以给予准确的调整，并且能够引入特定的信息技术手段提高该设备的智能化水平，有利于实现工作量的减少，同时也提高了各个部件的工作效率。处理流程为：①声呐，水下相机设计在公共空间；②接收与处理有关的资讯；③利用资料融合技术，克服了单一传感器的不足，提高了自主潜艇的智能。总体而言，基于海洋环境特征的多个传感器数据融合可以有效地改善水信号处理的整体质量和效率。技术必须要努力开发更加丰富的传感器类型，才能够实现技术的全面融合。

5 结语

中国科技发展迅速，对触控技术也进行了相应的改造，最大的成功在于多点触控技术。实际上，这种技术在探测、跟踪和感应水下声波方面非常出色，拓展了人类对水下生物的认知领域。此外，多点触控合并技术也已应用于海军领域，通过在海军领域使用多传感器数据融合技术，使我军的防御力也有了很大的提升。但是，目前在水声信号处理中，多个传感器的融合技术还不够成熟，还有待相关专家不断地创新和改进。

本文详细分析了多传感器数据融合技术在水声信号处理领域中的作用机理与方法，以及在水声领域对信号的处理和查看。在应用此类技术时，科学家必须充分考虑水下环境的真实特性，如通信限制和环境的不确定性，从而真正推动我国水声信号处理行业的快速发展。