近年来,地理围栏、移动支付、大数据处理等相关新需求拓展了位置服务的应用场景。目前GPS和北斗技术较好地满足了室外位置服务的需求,但在室内环境中仍缺乏一种成熟技术来满足实时精确的位置服务需求,诸如医院、隧道、变电站中的人员定位以及危险区域提前预警等。相对于传统无线技术,UWB具有穿透性强、功耗低、抗噪声能力强、较好的时间分辨率等诸多优点,非常适合于室内定位系统的设计,因此基于UWB进行研究室内定位技术并加以实现具有极高的工程应用价值。本文从实际的室内定位服务需求出发,设计并实现了一个基于UWB的室内三维定位系统,具体研究内容如下:(1)针对传统的双边双向测距算法进行改进和优化,理论上减少了标签3/4的通信次数,使得标签系统的能耗节省了约40%。(2)针对室内非视距环境带来的测距误差,提出了基于距离残差的距离修正方法。该方案基于距离残差作为判断因素,有选择的利用卡尔曼滤波修正部分测距误差,提高了约8cm的测距精度,从而提高了定位精度。(3)基于UWB通信芯片DWM1000设计出完整的基站和标签硬件电路,为测距与定位软件系统提供硬件依托;同时分别对下位机嵌入式软件和上位机软件进行了设计和开发:设计了基站与标签通信数据帧和基站与上位机UDP通信数据帧两套数据帧传输协议,设计了基于定时器的终端时序方案。(4)对本文设计的测距与定位系统进行了测试与分析,验证系统的可靠性。在工程现场的实验测试结果表明:本文所设计的测距与定位系统静止时标签的测距误差不超过10cm,定位误差不超过20cm,同时在信号非视距传播情况下的表现也较稳定,能够满足大部分场景对室内定位系统的需求。