近些年来,随着物联网和人工智能技术在煤矿安全监控监测领域应用的蓬勃发展,井下工作人员和设备的位置信息日益重要。在目前的井下定位系统中,更多的是采用WiFi、ZigBee等无线定位技术。但这些定位系统的定位误差普遍较大,已经无法满足井下对目标精确定位的要求。超宽带(Ultra WideBand,UWB)技术具有抗多径能力强、定位精度高、时间分辨率高等优点,所以近年来,基于UWB技术的室内精确定位系统发展尤其迅速,而将UWB技术用于井下目标精确定位的研究并不多见,所以本文基于精确定位的需求,对基于UWB的井下目标精确定位技术展开深入的研究。基于UWB的井下目标精确定位系统与传统定位系统相比,定位精度更高、实时性更强,这对于能够及时准确地掌握井下工作人员的实时移动轨迹,确保工作人员的生命安全具有非常重大意义。此外通过该系统可以对矿车、采煤机、掘进机等设备的运行轨迹进行实时反馈,这对于调度管理人员对设备进行合理的分配和使用提供极大的便利,有助于提高煤矿的生产效率和安全管理水平。本文的主要工作如下:(1)对UWB信号的定义、产生、调制、信道模型进行详细的研究,在深入了解UWB技术的基础理论知识之后,本文对室内常用的测距定位算法进行了详细的原理分析以及对其各自的优缺点进行详细的比较之后,本文选用基于到达时间TOA的定位算法作为该系统的算法理论基础。由于TOA定位算法需要定位标签与读卡器保持严格的时钟同步,所以本文对基于TOA定位算法的三种测距模式进行详细的研究,通过对各个测距算法的比较分析,最终选用对称双边双程测距(SDSTWR)方法,并在此基础之上对其进行优化,改进之后的SDS-TWR测距算法无须发射节点和接收节点保持严格的时钟同步,而且有效减小了因时钟漂移带来的测距误差,同时还缩短了完成一次测距所需要的时间,从而提高了系统的实时性。(2)在对系统需求做了详细的分析之后,并充分考虑井下电磁环境的复杂性,提出了包括用户感知层、信息收集与传输层、位置解算层的三层框架结构,用户感知层的定位标签和读卡器采用UWB无线通信,而读卡器和信息收集与传输层的定位分站采用485总线通信,提高了系统的抗干扰性能。定位分站和位置解算层的服务器采用以太网总线通信,服务器收集定位分站上传的距离值,根据特定算法对距离数据进行解算,最终得出目标的位置坐标。(3)在上述UWB测距方法以及提出的三层框架结构的基础上,分别对定位标签卡、读卡器、定位分站的需求进行分析,并且按照概要设计(包括硬件概要设计和软件概要设计)、详细设计(硬件详细设计和软件详细设计)逐步求精的方法完成该系统的硬件电路的搭建和驱动程序的编写工作。(4)在完成基本开发工作之后,在室内环境中模拟井下环境进行实验,通过对实验取得的数据分析,表明本文设计的井下目标精确定位系统能够达到预期的目标,实现厘米级的高精度定位功能。