消防人员在室内进行火灾救援时,需要了解室内人员的定位信息以及周边的环境信息。目前卫星定位系统和惯性定位系统分别存在室内定位信号弱导致的定位精度较低,以及惯性器件长时间工作带来的误差积累等问题。为实现室内人员的三维定位,基于超宽带（Ultra Wide Band,UWB）无线通信技术进行测距以获取定位信息。主要研究设计基于UWB的室内三维定位系统及相关的算法设计,同时进行室内环境数据感知及上位机软件的开发。主要工作内容如下:1.室内数据感知系统设计。通过烟雾传感器模块与一氧化碳（CO）传感器模块检测室内环境中的烟雾及CO,通过温湿度传感器检测室内的温湿度。基于4种环境参数,综合反映室内环境状况,为消防救援提供支持。2.室内三维定位系统设计。设计UWB定位系统的软硬件部分。针对UWB在室内环境中测距存在的非视距（Non-Line of Sight,NLOS）误差,提出多运动状态下NLOS误差的统一检测处理方法。该方法结合过零分析与改进的双边滤波（Bilateral Filtering,BLF）对测距数据进行预处理,平滑小误差,保留大误差。随后通过多层测距差值及多距离关系值更新的方法处理NLOS误差。最终得到抑制了NLOS误差的测距结果。针对定位信息的获取,系统基于UWB测距,配合UWB基站坐标,通过查恩（Chan）算法对目标进行三维定位。此外,系统搭配全球定位系统与北斗卫星导航系统（Global Position System-Bei Dou Navigation Satellite System,GPS-BDS）模块获取并解析卫星定位信号进行区域定位。3.无线数据通信传输系统设计。设计UWB和远距离无线电（Long Range Radio,Lo Ra）相结合的点对点无线数据通信传输系统及多种数据封装方式,进行数据的无线传输。在测距定位过程中,充分利用UWB测距中存在的时间空隙,将相关数据信息通过UWB通信汇聚至待定位节点处,利用Lo Ra远距离传输的特性将汇聚的数据信息发送至上位机。通过感知及测距定位测试中的无线数据传输,表明无线数据通信系统可以有效地进行点对点数据传输。4.上位机软件设计。开发自主移动目标室内定位系统的上位机软件IPSCS（Indoor Positioning Supervisory Control System）,接收无线通信系统传回的环境感知数据信息及测距定位信息进行解析处理及存储,并进行相关的数据趋势绘制与显示。通过对所设计的系统分别进行感知数据采集与测距定位测量等测试,配合距离系数的方法对测距误差数据的处理,表明系统可以在室内环境下分别实现三维测距定位,环境信息感知等功能。