无源双基地雷达传感器网络栅栏覆盖理论研究

Due to the passivity and flexibility of separate deployment of the transmitter and receiver, the detection and anti-interference performance of the passive bistatic radar outperform an ordinary radar sensor. For the sensing model of passive radar sensor and the characteristics of passive bistatic radar sensor networks, project focuses on the problem of constructing barrier coverage, detecting and mending barrier gaps, scheduling receiver nodes problems in passive bistatic radar sensor networks. The main topics include: the optimal placement strategy for receivers is designed based on the locations of deployed transmitters with the objective of constructing k-barrier coverage; when some non-cooperative transmitters stop working, we investigate how to detect and locate barrier coverage gap, based on the located barrier gap, an efficient gap mending algorithm is designed to recover the maximum barrier coverage. Two receivers scheduling strategies are designed for the homogenous and heterogeneous network by utilizing the receivers redundancy in the randomly deployment network to maximize the barrier coverage lifetime of passive bistatic radar sensor networks. Finally, the experiment platform is established to evaluate the performance of proposed algorithms and methods. The achievements in this project will provide an effective solution for improving barrier coverage performance and prolonging barrier coverage lifetime, and further provide theory guide when the barrier coverage of passive bistatic radar sensor networks is applied into project application.

无源双基地雷达传感器的无源性以及发射器和接收器的分置性，使得其目标探测性能和抗干扰性能都要优于一般的雷达传感器。基于双基地雷达传感器的覆盖模型和无源双基地雷达传感器网络特性，本项目研究无源双基地雷达传感器网络栅栏覆盖创建、栅栏空洞检测、栅栏修复以及接收器节点调度等关键科学问题。具体为根据已部署的信号发射源，设计接收器最优部署策略创建多重栅栏覆盖；在部分信号发射源停止工作后，设计高效的栅栏空洞检测和定位方法，进一步研究栅栏空洞修复算法以恢复最大重栅栏覆盖；利用随机部署网络中的冗余接收器，设计两种接收器调度策略提高同构网和异构网的网络栅栏覆盖寿命；最后搭建实验平台评估所提出方法和算法的性能。该研究成果可望为无源双基地雷达传感器网络提高栅栏覆盖效率和使用寿命问题提供有效的解决途径，并为无源双基地雷达传感器网络在工程应用中提供理论指导。

无源双基地雷达传感器的无源性以及发射器和接收器的分置性，使得其目标探测性能、抗干扰性与抗攻击性能都要优于一般的雷达传感器。基于双基地雷达传感器的覆盖模型和无源双基地雷达传感器网络特性，本项目研究无源双基地雷达传感器网络栅栏覆盖创建、栅栏空洞检测、栅栏修复以及接收器节点调度等关键科学问题。具体为根据已部署的信号发射源，设计接收器最优部署策略创建多重栅栏覆盖；在部分信号发射源停止工作后，设计高效的栅栏空洞检测和定位方法，进一步研究栅栏空洞修复算法以恢复最大重栅栏覆盖；利用随机部署网络中的冗余接收器，设计节点调度策略提高网络栅栏覆盖寿命；最后搭建实验平台评估所提出方法和算法的性能。项目负责人按照计划首先设计了无源双基地雷达传感器网络多重栅栏创建的接收器最优部署算法，该算法能用最少的接收器创建K条栅栏。接着设计的栅栏空洞定位算法能准确定位出网络中的栅栏空洞；同时设计了DLSA算法，该算法能用较少的接收器修复最多的栅栏空洞。而在栅栏覆盖节点控制算法研究中设计了一个栅栏覆盖图用于描述不同双基地雷达的覆盖区域关系，基于覆盖图，提出三种节点控制算法有效延长网络覆盖寿命。最后在完成无源双基地雷达传感器网络栅栏覆盖性能研究的基础上，提出了移动用户选取算法，该算法能在预算一定的前提下选择合适的移动用户最大化网络覆盖性能。相关研究成果已在国内外著名学术期刊上发表相关学术论文篇，其中SCI期刊论文4篇、EI论文2篇。代表作为IEEE Sensors Journal、ACM Transactions on Internet Technology、Internet of Things、Sensors、华中科技大学学报等。参加国际会议两次，包括IEEE 13th International Conference on Mobile Ad-hoc and Sensor Networks、iThings-2020会议，并担任iThings-2020的论文审稿人和分会场主持。项目负责人自2019年9月至2020年10月赴加拿大St. Francis Xavier University做博士后研究。课题在研期间，共指导两名本科生和七名在读硕士生研究生。该研究成果为无源双基地雷达传感器网络提高栅栏覆盖效率和使用寿命问题提供有效的解决途径，并为无源双基地雷达传感器网络在工程应用中提供理论指导。