Rapid detection of spatial events that propagate across a sensor network is of wide interest in many modern applications. In particular, in communications, radar, environmental monitoring, and biosurveillance, we may observe propagating fields or particles. In this paper, we propose Bayesian single and multiple change-point detection procedures for the rapid detection of propagating spatial events. It is assumed that the spatial event propagates across a network of sensors according to the physical properties of the source causing the event. The multi-sensor system configuration is arbitrary and sensors may be mobile. We begin by considering a single spatial event and are interested in detecting this event as quickly as possible, while controlling the probability of false alarm. Using a dynamic programming framework we derive the structure of the optimal procedure, which minimizes the average detection delay (ADD) subject to a false alarm probability upper bound. In the rare event regime, the optimal procedure converges to a more practical threshold test on the posterior probability of the change point. A convenient recursive computation of this posterior probability is derived by using the propagation pattern of the spatial event. The ADD of the posterior probability threshold test is analyzed in the asymptotic regime, and specific analysis is conducted in the setting of detecting attenuating random signals. Then, we show how the proposed procedure is easy to extend for detecting multiple propagating spatial events in parallel. A method that provides false discovery rate (FDR) control is proposed. In the simulation section, it is clearly demonstrated that exploiting the spatial properties of the event decreases the ADD compared to procedures that do not utilize this information, even under model mismatch.


翻译:在传感器网络中传播的空间事件的快速探测在许多现代应用中引起广泛的兴趣,特别是在通信、雷达、环境监测和生物监视方面,我们可以观测传播场域或粒子。在本文件中,我们提议采用贝叶斯单一和多个变化点探测程序,以快速探测传播空间事件;假设空间事件根据源的物理特性在传感器网络中传播,造成该事件的源的物理特性。多传感器系统配置是任意的,传感器可能是移动的。我们首先考虑一个单一空间事件,有兴趣尽快发现这一事件,同时控制错误警报的概率。我们利用一个动态程序框架来制定最佳程序的结构,在错误的警报概率上下尽量减少平均探测延迟(ADD)。在稀有的事件制度中,最佳程序会与一个更实用的传感器网络相匹配。在空间事件传播模式下,甚至可以方便地重复计算这种事后概率。在使用空间事件的传播模式时,在控制误判时,AADD 清晰的轨道概率阈值将快速度的数值用于测试,在特定探测系统的测试中,在快速测测测测测度中,A号中,将快速测测测测度的频率的轨测算方法将展示。

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