随着地铁逐渐成为缓解城市交通压力的首选方式,地铁隧道施工中的安全问题也得到了重视,因此对隧道内人员进行实时定位具有重大意义。超宽带(Ultral Wide Band,UWB)技术可以实现高精度的测距定位功能,被广泛应用在室内定位等场合,但是目前的UWB定位技术普遍存在非视距(Non-Line of Sight,NLOS)干扰、动态跟踪定位性能差、定位基站覆盖不够合理等一系列问题,而且目前针对隧道中UWB电磁波传播特性的研究较少,因此本文针对UWB电磁波在隧道中的传播特性及其定位方法进行研究,主要研究内容如下:(1)通过几种对经典定位方法的对比,采用基于到达时间(Time of Arrival,TOA)的对称双向双边测距(Symmetrical Double-Sided Two Way Ranging,SDS-TWR)算法作为测距实现方式,减小系统误差。(2)采用射线追踪法对3.997 GHz的UWB电磁波在隧道中的传播特性进行仿真分析,发现UWB信号接收功率在靠近隧道壁处急剧衰减。通过时延参数仿真结果发现,隧道中50 m以内由于有效反射路径较多导致时延扩展较高,达到9 ns左右,并在50 m至75 m的范围内逐渐衰减,当距离达到75 m以后,时延扩展减小至2 ns并趋于稳定,因此脉冲间隔应大于9 ns。通过对天线在不同位置和极化方向的信道路径损耗参数进行仿真,发现在距离隧道壁0.15 m时,天线在隧道侧壁且采用垂直极化方式或者在隧道顶端且采用水平极化方式能够得到更低的损耗。在此基础上提出了二维定位和一维定位方案分别适用于不同的隧道环境中。(3)通过对常用定位算法的仿真发现测距误差是影响定位精度的关键因素,考虑到隧道中NLOS误差是测距误差的主要来源,且具有独立性和正值性特点,对传统卡尔曼算法进行改进并通过仿真发现,改进后的卡尔曼滤波算法能够很好地抑制NLOS误差。为了实现对移动目标的动态跟踪定位,结合粒子群的动态、高效等特点,提出了一种基于改进卡尔曼和误差约束函数优化粒子群的混合隧道定位算法并对其进行仿真发现,在视距(Line of Sight,LOS)环境下,采用混合定位算法能够得到接近真实轨迹的定位结果,且定位误差小于0.2 m,较为稳定;在NLOS环境下的仿真结果表明,NLOS误差引起了定位误差的增大,但是与传统定位算法相比,采用混合定位算法后的定位结果仍然围绕真实轨迹浮动,定位误差稳定在0.4 m以内。(4)搭建UWB隧道定位验证平台对本文的方法进行验证,并从测距误差、定位精度和移动标签功耗三个方面进行测试,结果表明基于本文提出的混合隧道定位算法搭建的UWB隧道定位平台能够有效抑制NLOS误差,提高定位精度,实现对隧道中作业人员的实时定位。