超宽带(Ultra-Wideband, UWB)无线电信号,因其占用极大带宽,能满足短距离高速数据传输的需求,同时也因其具有极高的时间分辨率与较强的抗多径衰落能力等优良的时域特性,在高精度测距定位中备受关注。UWB信号的特殊性和传播环境的多样性,决定了UWB无线通信与定位技术会面临很多困难。如何克服这些困难,有效提高通信质量、降低设备成本、确保定位精度,已成为国际相关领域的研究重点。本文以UWB无线电技术为背景,对M元扩频UWB通信体制和短距离精确定位关键技术进行了深入的研究和探讨,主要研究内容和创新成果包括如下几个方面：1.在分析M元扩频信号频谱特性和误码特性的基础上,对M元扩频UWB通信体制进行了深入研究；提出了一种基于循环移位伪随机(Pseudo Noise, PN)码M元扩频系统方案和一种基于多值PN码M元扩频系统方案。按上述方式进行通信时,由于发送的不是同一PN码的重复出现,因而功率谱中不出现离散谱线,其谱包络较常规DS-UWB的更加平滑,信号的隐蔽性较DS-UWB信号显著提高。同时,从完善系统设计的角度出发,探索了不同场景下的快速同步方法,并对超宽带信号精密跟踪技术进行了探讨。2.分析了UWB通信定位系统在高精度定位方面具有的可能优势,以及它在高精度测时测距方面存在的巨大困难；在此基础上提出了可有效克服这一困难的三种测距定位方案,即有线链路统一授时测距定位方案、基于参考站的差分测试定位方案和基于变频转发双程时间估计的定位方案。所提出的三种定位方案分别适用于硬件能力不同、接收机处理复杂度不同、未知节点的移动灵活度不同的场景下应用。同时对定位系统中UWB信号模型、链路预算、影响测距定位精度的几个因素作了分析和总结。3.在分析了UWB接收因最高采样速率受限而严重限制UWB通信定位系统测时测距精度的问题后,提出了一种基于可变群延迟滤波重采样法实现高精度时间测量的方法。该法能使时间测量精度达到信号采样间隔的几十分之一,计算复杂度较传统方法至少下降一个数量级。通过仿真验证了这种方法的优良性能和推向实际应用的价值。4.UWB通信定位系统很可能遭受很强的窄带干扰而无法正常工作,而在解扩之前采用自适应陷波器做预处理提高干扰容限的办法因采样速率很高而难于实现；针对该技术难题,本文提出了一种并行自适应陷波器的设计与实现方法；按此方法设计的陷波器,用作UWB接收机解扩之前的预处理,能同时快速跟踪和有效抑制多个窄带强干扰,使系统的干扰容限大幅度提升；并且具有结构简单、工作稳定、收敛速度快、对有用信号损伤少、便于FPGA实现等优点。理论分析与仿真结果验证了这一方法的优越性能,证明它具有重要推广应用价值。本文还在综述UWB技术发展历史与现状的基础上,对于它的发展前景进行了展望,提出了一些有待进一步研究的课题。