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随着室内定位需求的不断增加,具有良好通信性能以及定位性能的超宽带(UWB, Ultra-wide Bandwidth)室内定位的研究和发展越来越受到重视。到达时间(TOA, Time of Arrival)方案是UWB定位方案的一种经典定位方案,该方案是一种基于时间的定位方案。基于时间的室内定位方案一般需要设备间的时间精确同步才能实现高精度的定位,但时间同步定位方案需要在定位系统中增加同步模块,并且精确同步的实现会给整个系统增加额外的能量消耗,这给基于时间的定位方案的实现增加了难度。本文提出一种无需时间同步过程的TOA定位方案。该方案通过双向测距法实现定位设备间的通信,将消息的发送时间与接收时间负载到数据帧进行通信,从而完成两点间测距的过程。本文在decaWave1000的开发板上完成了测距过程的实验验证,并且针对定位过程提出了一种改进的定位算法——多次迭代WLS估计定位算法。通过硬件环境的部署和软件的仿真分析,定位结果表明无需时间同步的TOA方案可以完成精确的超宽带定位,定位精度控制在10cm～30cm之间。与现有的定位方案相比,该方案减小了时间同步模块的消耗,通过消息定时发送降低整个系统的功耗,同时改进的定位算法使得整个定位系统具有更好的精确性和鲁棒性。本文的主要工作包括以下方面：(1)分析目前典型的超宽带定位方案,包括测距实现原理以及使用的定位算法原理,指出基于时间的定位方案可以不采用时间同步而达到高精度定位。(2)研究测距过程的双向测距法,描述双向测距法的两个阶段,以及每个阶段的通信过程；通过帧解析说明该算法无需同步而实现测距的原理。(3)设计双向测距法的状态机实例,对每个设备的工作状态过程以及每个状态所做的工作做了详细的描述。(4)在硬件平台上实现双向测距法,并且基于测距结果分别用经典的Chan算法和Taylor算法仿真,比较了这两种算法在精确性和计算量上的优缺点。(5)提出一种基于加权最小二乘(WLS, Weighted Least Square)法的改进定位算法——多次WLS估计算法,通过仿真分析证明该算法具有优于Chan算法和Taylor算法的定位精度和稳定性。(6)描述了TOA定位系统的硬件环境部署过程,传输范围可以达到150m,定位误差稳定在10cm～30cm之间,最精确的结果可以达到2cm,证明了该方案是一种无需时间同步的低功耗高精度的定位方案。