随着无线传感网络(WSN)与移动通信技术的发展与进步,人们对于精确位置信息获取需求的增大引领了许多基于位置的服务的发展与应用。诸如在室外环境下的物流监测、共享单车和本地化的天气信息服务等行业中,拥有较高精度的全球定位系统(GPS)得到了最为广泛的应用。然而GPS卫星信号不能穿透绝大多数墙体等障碍传播到复杂的室内环境中去,这意味着其不能在室内提供位置服务。所以在室内迫切需要一个基于其他技术的本地化系统来提供室内应用所需的精确位置信息。在此背景下,本文基于UWB(Ultra-wideband,超宽带)通信技术进行了室内实时定位系统(RTLS)的研究、设计和测验。本文首先介绍了室内定位系统设计的关键因素,并对室内定位的方法和相关技术进行了深入的探讨,重点研究了UWB室内定位的基本理论和技术特点。理论分析表明,UWB信号具有极大的带宽,可以在极短时间内发射出大量的能量,具有出色的穿透障碍物的能力;此外,UWB信号的强抗干扰性和强多径分辨力使系统能更准确的计算信号到达时刻。因此,本文基于UWB的室内定位系统理论上可以实现高精度并且具有较好的复杂环境适应性。接着,本文给出了UWB室内定位系统的硬件平台的设计方案及软件系统的开发过程。硬件部分介绍了以ARM架构的MCU为控制核心、以DW1000为无线收发芯片的基站标签一体化的设计,并对UWB收发通道中特定频段下的天线的优化以及LNA模块的设计进行了详细阐述。系统软件部分介绍了嵌入式软件的架构、工作流程以及基于信号飞行时间(Time of Flight,TOF)的非对称双边双向测距(Double-sided two-way ranging,DS-TWR)算法的原理和误差分析,并且给出了上位机软件的开发过程、应用界面及其相关参数的配置。最后,搭建了室内定位系统测试平台,对所设计的实时定位系统进行了测试与分析。实验结果显示,在0-20m范围的室内环境中,系统测距误差小于10cm;二维室内静态定位在视距情况下误差小于10cm,运动定位平均误差小于30cm;三维静态定位平均误差小于25cm。实验结果表明,本文所设计的室内定位系统实现了高精度的三维定位,并且拥有很高的可靠性。