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随着下一代位置感知无线网络的发展以及更多定位服务需求的出现，定位追踪技术变得越来越重要。作为测距定位方法的一种，基于TOA估计的定位方法常常被用于高精度定位系统，TOA定位技术面临的基本问题是如何精确地估计电磁波信号的直达径时延。在多径环境中，例如室内或者建筑密集区域，由于严重的多径效应影响以及TOA估计算法的精度限制，TOA定位精度不能满足位置服务需求。OFDM技术因其抗多径能力强以及频带利用率高的特点被广泛应用于无线通信系统，因此，OFDM系统中的TOA估计算法研究成为本文的研究重点。本文主要是对多载波定位系统的TOA估计技术进行研究与分析，研究工作如下：1）首先介绍了三种基于时间同步算法的TOA估计算法，分别对其进行仿真及性能对比，然后介绍了基于信道频域估计的IFFT-TOA算法及MUSIC超分辨率算法的基本原理并对算法进行了仿真分析。2）分析了MUSIC算法的特性，然后通过对传统的MUSIC超分辨率TOA估计算法进行改进，设计了两种加强MUSIC算法：对信道频域估计算法进行了改进，然后将时域正弦信号的互相关矩阵特征分析应用到MUSIC算法中，从而得到了CB-MUSIC算法；除此之外，将应用于宽带声源分离、雷达信号处理等领域的ICA算法与MUSIC算法相结合，分离各条路径信号以及干扰噪声各自进行超分辨率TOA估计，从而得到了ICA-MUSIC算法。两种改进算法虽然噪声抑制方式不同，但均提高了低信噪比环境中的直达径TOA估计精度。3）搭建定位系统的仿真模型，首先对CB-MUSIC算法以及ICA-MUSIC算法进行性能评估，仿真结果表明，两种加强MUSIC算法相比传统MUSIC算法在信噪比较低时仍然具有较高的分辨率以及估计精度，而且ICA-MUSIC算法相比CB-MUSIC算法定位精度略高。然后分析了不同搜索窗口参数对加强型MUSIC算法精度以及稳定性的影响。最后，利用多边定位算法估算未知节点的坐标位置进一步验证了改进的TOA估计算法性能，结果显示ICA-MUSIC算法性能最优，而传统MUSIC算法性能最差。