基于双基地雷达传感器模型的栅栏覆盖方法研究

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无线传感器网络一直以来都是科研人员研究的一个热点。在实际生活中,传感器网络的应用十分广泛,诸如边界监测、医疗护理、军事侦察和目标跟踪等。栅栏覆盖作为无线传感器网络的应用模式之一,同样起到了广泛的关注。它旨在通过部署传感器构成连续的防护区域来起到实时监测的作用。优化选择合适的传感器以及其部署位置是栅栏覆盖中的重要问题,这不仅关系到传感器栅栏的检测性能,同时也会影响到栅栏构造成本。已有研究多数是针对0/1圆盘、概率感知等被动监测传感器的栅栏覆盖问题的研究工作。由于双基地雷达传感器是一种主动监测雷达传感器,其发送器和接收器分离放置方式具有更好的监测能力和部署灵活性。近几年,双基地雷达栅栏覆盖问题已经成为WSN覆盖问题的研究热点。本文重点研究了双基雷达传感器的封闭周界栅栏覆盖和异构雷达传感器的栅栏覆盖问题。针对封闭周界栅栏覆盖,本文研究了双基雷达的圆形栅栏优化覆盖方法,提出了宽度不小于给定阈值的圆环状栅栏的构建方法,并满足给定阈值的监测性能。为了解决这一问题,我们首先研究了不同双基地雷达传感器部署模式在兴趣区域的最小外接圆上的阻隔性能,并且证明了最优放置序列的结构性能。然后我们提出算法计算出了子圆环的个数,同时得出了每个子圆环上最优部署模式中的接收器数量,以此来最小化放置成本。最后,我们提出了两种最小成本放置策略:1)基于圆的均分策略,使得放置在子环上的双基地雷达传感器可以构成相同宽度的栅栏。同时,这些栅栏组合在一起将构成符合宽度要求的圆环状栅栏。2)一种自适应的雷达传感器放置策略。这样多个具有最优宽度的子环可以构成符合宽度要求的圆环状栅栏。我们通过详细的理论证明和实验仿真验证了算法的有效性。现有双基雷达栅栏覆盖研究仅考虑同构雷达传感器,但是在实际应用中,我们仍需要考虑应用异构传感器的情形。本文首次提出了基于异构双基地雷达传感器模型的优化覆盖问题,研究了具备最优监测性能的直线栅栏部署方法。在给定异构传感器数量和直线栅栏长度的基础上,考虑如何部署传感器,使得构建的直线栅栏的整体接收信噪比最大。我们提出了贪心算法来解决此栅栏覆盖问题。首先,将原问题转化为对信噪比阈值进行二分查找,同时构建信噪比阈值确定下的最长直线栅栏的覆盖问题。其次,考虑了异构传感器之间的物理属性差异,并给出了传感器的最大间隔部署方案,分析了在给定发送器放置顺序的情况下,最长直线栅栏的构建方法。然后,考虑了发送器放置顺序不同而带来的栅栏长度差异,并提出了一种异构栅栏的优化覆盖方案。我们通过理论分析证明和仿真实验验证优化算法的有效性。
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