随着卫星导航技术的迅猛发展,高精度导航定位的需求呈现爆发式增长趋势,再加上人们所处的空间环境日益复杂,人们对位置服务的需求由室外扩展到室内。据统计,人们80%以上的时间在建筑物、地下、室内和移动载具等室内空间渡过。但是,室内空间的导航定位长期以来是世界性的技术难题。为突破这一关键技术,衍生出了很多室内定位技术,如超宽带技术(UWB)、超声波、蓝牙、Wi Fi等,由于超宽带具有结构相对简单、工程造价低廉、信道容量大、功耗低、保密性好、抗干扰能力强、数据传输速率高、多径辨别能力强、定位精度高、定位性能稳定、信号衰减小、穿透能力强等优点。因此,UWB是目前高精度室内定位应用中最佳的物理层技术,本文深入研究了UWB信号测距方式及定位算法,并综合考虑传统的单一测距方式存在的非视距误差(NLOS)和系统稳定性差等问题,提出了一种数据优选结合抗差卡尔曼滤波(RKF)对测距进行滤波及解算的室内定位方法,提高了待测目标的定位精度。最后,以城市轨道交通应用为例,简单阐述了本文方法在实际工程中的应用。主要研究内容和研究成果如下:(1)系统总结了室内定位国内外研究现状和发展趋势,指出了UWB技术的优势。介绍了Chan算法、Fang算法和Taylor级数展开法等三种常见定位算法,对其定位性能进行了仿真分析与比较。结果表明:由于Fang算法只适用于3个定位基站,相比于其他两种定位算法,其定位性能较差。Chan算法和Taylor级数展开法定位性能随着基站数目增加,定位精度也随之提高。但受室内空间结构限制,基站增加到一定数量,其定位精度提升有限。考虑其成本和系统复杂程度,在充分顾及几何构型情况下,基站数目以4-5个较为合适。(2)提出了一种顾及数据优选的抗差卡尔曼滤波的UWB室内定位方法,首先在TOA信道模式下以定位信号强度(RSSI)为准则,筛选出与终端通信信号较强的观测信息,剔除部分NLOS,确保观测信息的可靠性,再结合精度衰减因子(DOP)优化拓扑结构,选择较优的接入点拓扑布局。最后,为有效控制异常误差影响,提出将抗差卡尔曼滤波应用于室内UWB测距滤波和定位解算,模拟和实测算例验证了该方法的有效性。(3)由于室内环境的复杂性,单一的位置信息并不能够直观的表达出地图空间与位置的关系。本文以UWB室内定位技术以在城市轨道交通中的应用为例,结合空间数字化技术,与生成的高精度室内电子地图进行地图匹配,直观清晰的输出位置信息。考虑到大范围内部署定位基站,由于缺乏时间基准和定位过程中信息传输时间延迟等对整个定位系统造成的时钟误差较大,提出借助时间同步技术来削除此项误差,并对其应用情况及精度进行了分析。