基于探测和通信功率分配优化的雷达传感器网络目标检测算法研究

分布式目标检测是雷达传感器网络的重要应用，如何最优分配网络资源是是实现最佳检测性能的核心问题之一。本项目研究在节点功率固定条件下，如何通过降低通信功耗进而增加雷达信号发射功率，来最大化雷达网络的目标检测性能。为此，系统深入地开展下列工作：一是基于经典的并行网络，建立MIMO-OFDM传输下分布式雷达信号检测方法，提出有效的检测门限确定方法；二是研究雷达传感器探测功率和通信功率分配的优化问题，提出有效的功率分配策略；三是基于分簇的网络结构，通过目标探测、节点间通信、MAC协议和路由协议的联合优化，建立高性能的网络目标检测方法。本项目的结果将为基于雷达传感器网络的目标检测系统研制奠定关键理论和技术基础。

项目从优化探测和通信功率分配的角度研究雷达传感器网络的目标检测问题，严格按照任务书的要求，深入研究了探测和通信功率分配策略，基于探测、传输、MAC协议和路由协议优化的分布式检测系统跨层设计方法以及多传感器分布式估计等问题，同时对项目相关的雷达和通信信号处理问题也进行了研究，共取得29项研究成果，其中SCI检索3项，EI检索18项，出版专著1部。取得的主要研究成果有：1、研究了各个传感器检测性能给定情况下，系统检测性能和消耗的通信功率的关系，建立了与探测性能相匹配的通信功率确定方法，能够在保证一定系统检测性能的前提下，提升节点的功率利用效率，延长节点和网络的使用寿命；2、在分析了雷达传感器网络的节点功耗模型的基础上，针对功率受限的传感器节点，提出了节点探测功率和通信功率的联合优化算法；3、研究了利用蚁群算法优化雷达传感器网络的探测和通信功率的方法，建立了节点功率给定情况下的探测功率、通信功率、局部判决门限和融合中心判决门限的联合优化方法；4、建立了基于J散度的通信和探测功率的分配方法，该方案不需要融合中心进行集中式控制，各个传感器利用自己的观测信息即可确定自己的最佳通信功率和探测功率，仿真证明了该方案的有效性；5、针对机动的分布式MIMO雷达传感器网络的应用需求，研究了接收雷达和融合中心之间采用无线通信时的分布式检测问题，推导了相应的检测性能表达式，建立了一种通过最大化接收信号矢量和雷达散射矢量的互信息的通信功率和探测功率的优化方法，在某些条件下可节约30%功率预算；6、针对分布式检测系统的跨层优化，提出了通过优化MAC协议进而优化分布式检测系统能耗的方法和高能效的模拟传输策略，有效提高了分布式检测系统的能效。7、在传感器噪声相关的前提下，给出了利用本地传感器数据的线性变换构造的分布式融合策略达到集中式融合性能要满足的充要条件，利用数据的稀疏性提出了一种能够灵活地在有损和无损之间转换的分布式估计策略，实现了估计性能和传输能耗的折中。8、出版专著《多传感器分布式信号检测》一部，总结了多传感器分布式信号检测的最新发展，侧重于论述在实际多传感器环境下分布式信号检测所面临的挑战及解决方案，促进了分布式信号检测理论和算法的推广应用。