近年来，作为新兴的测控网络技术——无线传感器网络（Wireless SensorNetworks，WSN），伴随着微电子机械系统、计算机、通信、自动控制和人工智能等学科获得了飞速的发展。网络将大量具有通信与计算能力的微小传感器节点投放于监测区域，实时感知、采集并处理监测对象的信息，并且采用自组织、自适应和多跳协作的通信方式实现了将自然界的物理信息与逻辑世界信息的完美融合，改变了人类传统的生活方式。无线传感器网络因独具低功耗、易投放、高容错以及高精度测量的优点，使其在军事、商业和民用等领域都得到极其广泛的应用。本论文根据前人的研究工作，分别从网络层和应用层，展开了对路由实现、传感器节点投放区域的通信覆盖以及传感器网络中目标跟踪定位技术的深入研究。在上述问题的研究中，针对不同的应用需求，在无线传感器网络的负载平衡、簇首节点优化选择、传感器节点优化投放分布以及对运动目标的高精度跟踪定位等方面提出了具有实际应用价值的改进算法，并通过计算机仿真对性能进行验证和评估。具体的创新研究内容有：(1)根据无线传感器网络中因节点有效传输半径对路由选择的制约，改进基于最小生成树的分簇多跳路由算法，改善因路由选择对网络能耗的影响。该算法利用Voronoi图的泊松过程特性优化簇首节点数，并结合最小生成树动态调整簇内外节点的路由发现实现网络能耗优化。仿真结果表明该算法在开销容忍的前提下，网络均衡负载，并与相同仿真条件下的基于LEACH的分层多跳路由算法相比，更有效地延长了网络寿命，同时降低了计算时间复杂度。(2)针对无线传感器网络中传感器节点投放分布对投放区域有效通信信号覆盖的影响，改进了一种基于通信覆盖的分布式投放概率覆盖算法。在保证投放精度的前提下，该算法根据传感器节点在投放区域中位置的不确定性以及信号衰减特性，建立信号覆盖模型，并通过信号覆盖率计算出各节点预定投放位置，由传感器节点的自定位算法获取定位信息为前提，获取节点的投放位置和投放数目。在改善区域通信覆盖的同时，提高了节点分布效率，达到节省网络资源的目的。通过仿真比较了在不同定位投放方法下的各相关性数据，验证了该算法可实现高效投放的优越性能。(3)在关于无线传感器网络应用方面，提出了在实现投放区域有效通信信号覆盖的基础上保证局部能量有效损耗的路由设计要求，由此提出了基于多跳路径划分子空间的分簇路由算法。该路由算法在获得相应的节点拓扑分布的前提下实现了能量平均损耗，而节点拓扑的获取则通过采用高斯分布的定位误差模型与马尔可夫链性质相结合，改进了以前算法对于传感器节点拓扑结构的获取。通过对整个算法的仿真，得到的相关数据证明了算法在实现网络硬件资源优化和能量有效损耗方面所具有的较好的性能。(4)在对运动目标跟踪定位的研究中，对于无法得知目标的运动状态方程和观测噪声的概率密度分布的情况时，提出基于粒子滤波和曲线准线性优化的目标跟踪算法。算法利用传感器节点的感知圆的几何特性确定目标的运动区域的边界限制，借鉴cost reference粒子滤波算法，估计出目标的运动轨迹，随后通过曲线的线性近似简化了目标运动轨迹的估计，同时也获取了目标的速率的可控估计，仿真结果证明了所提算法的高效性。根据实际应用中可能出现部分的传感器节点失效的情况，引入了节点的失效检测，并以贝叶斯概率分布估计纠正失效节点对原目标状态做的判断，提高失效节点所在感知区域的容错能力，改善了目标跟踪定位的精度。