随着科技的发展和社会的进步,人们对于位置服务的需求由早期的室外定位导航、线路信息查询渐渐向室内定位服务转变,户外定位技术GPS由于建筑物外墙的遮挡,不适用于室内,因而衍生出很多室内定位技术,如UWB,超声波,WiFi和UHF RFID等。超宽带定位技术(UWB)具有穿透力强、功耗低、多径分辨率高、安全性高、定位精度高等优点,所以本文深入研究基于超宽带(UWB)的测距方式和定位算法,并且结合差分方法对位置坐标进行修正,实现待测目标在室内特定环境下的三维空间高精度实时定位跟踪。本文首先介绍了课题研究的背景及意义,UWB国内外研究现状,无线定位技术比较,定位算法的研究现状,应用的场景及价值,简要概述了UWB的定义及特点,UWB的定位原理,定位性能评价方法。通过系统软硬件结合,实现待测目标的室内三维定位最关键的两个步骤:第一步,选取合适的测距模型,测得信号到达基站的时间,到达时间差或者角度等测量参数;第二步,选取合适的定位算法,将测量参数代入定位算法中,求出待测目标的位置估计坐标。本文结合UWB室内三维定位特点,将常用的测距方式二维模型扩展为三维模型,分析它们的优缺点,最终决定选用基于接收信号时间差法(TDOA)作为测距方式。本文分别对基于TDOA的Fang算法和Chan算法进行推导和仿真分析,Fang算法对基站数量有限制,定位结果更分散,所以采用Chan算法为本文的主要算法。对环境误差进行了分析并建模,针对信号传播过程中受到非视距(NLOS)误差的影响,采用卡尔曼滤波算法对静止和运动状态的距离差测量值进行数据重构,再将重构后的距离差代入Chan算法,得出待测目标的三维位置估计,定位精度有所提高,但是离真实位置还有差距,因此引进位置差分方法,修正定位标签的位置坐标。本文对上述算法建立数学模型,并在学校实验室搭建实验环境采集数据,用MATLAB对定位结果进行仿真分析,用C++编程实现待测目标在上位机界面实时定位跟踪,结果显示信号到达基站的时间差数据在Chan算法计算后得到初步位置坐标的均方根误差,经过卡尔曼滤波后减小了37%,加入差分方法后又减小了69%。在复杂环境下进行大量实验,得出在单一的复杂环境下,误差不超过12cm,在多种复杂环境共同存在时,误差稳定在20cm左右。