无线传感器网络系统能够通过多点协同的方式实时检测和采集网络覆盖区域内各种检测对象的信息，利用多点协同检测信息的冗余性能够有效增强目标检测的可信度，因此，基于无线传感器网络的目标检测体系成为当前研究热点之一。为了充分利用覆盖区域内多点协同实现对目标的可靠检测，需要解决以下关键问题：如何保证目标经过区域存在足够数量的节点?如何保证协同信息的相关性?针对以上问题，本文建立了网络概率覆盖模型以解决布尔覆盖模型不能满足节点部署使用的问题；提出了DTSP、QSM-TSP等高精度时间同步协议以满足协同信息的时间相关性要求。主要研究内容和成果如下：　　 (1)通过引入节点独立检测存在的随机性因素，建立了以节点概率感知和随机部署为基础的网络概率覆盖模型，以解决布尔覆盖模型不能满足节点部署使用的问题。对网络目标检测概率、平均入侵距离等关键参数所进行的分析和仿真表明，节点独立检测概率对网络目标检测性能存在深刻影响；给出了多点协同检测在不同覆盖强度下的可实现概率;提出了混合多节点联合检测和单节点独立检测的双重阈值检测模型，以单节点独立检测概率作为参数平衡网络目标检测概率和网络能耗两方面的需求，有效利用了传感器网络本身十分受限的资源。　　 (2)针对具有最佳同步效果的广播同步机制算法进行了数学建模与分析，获得了同步误差性能曲面，并在理论上明确同步时戳的存储转发策略对多跳同步精度损失有着重要影响，证明了基于相对时间的同步时戳转发策略能够将回归估计类时间同步算法多跳同步误差从指数增长降低为线性增长，显著提高多跳同步性能。　　 (3)基于以上理论基础提出了两种微秒量级高精度时间同步协议。DTSP面向军事应用等场景提出了一种抗毁能力强的时间同步协议，全局时间通过邻居节点间定时交换时戳信息维护，取消同步发起节点在同步网络中可能带来的不安全隐患，实现同步网络拓扑最优。QSM-TSP面向带状无线传感器网络提出了一种同步建立时间恒定的时间同步协议，基于同步时戳的迅速存储转发，同步建立时间不受网络跳数影响。　　 本文的研究成果在战场侦察和围界防入侵等实际应用场合得到了应用和验证。