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UWB技术与无线传感器网络的完美结合,正在改变着科技,改变着人类的生活、工作的方式。其应用前景十分广阔,目前在国防军事、工业生产、智能家居、医疗卫生等领域已有广泛应用。如果让传感器节点携带上位置信息,则其应用范围会更为广阔。因此,传感器节点的定位问题已成为这个研究领域的热点和难点问题。UWB作为一种新型的无载波通信技术,能够支持无线传感器网络实现高精度定位。本文介绍了IEEE 802.15.4-2011标准中UWB的PHY信号调制、信道组合、PHY帧结构、MAC功能、MAC帧结构等内容,为本文定位系统的设计奠定了一定的理论基础。本文算法主要解决了传感器节点定位中时钟同步与NLOS传播的问题。TDOA时钟同步定位算法利用锚节点之间记录的TOA信息构造出锚节点之间相对时钟偏差和相对时钟频率偏移的关系,然后采用最小二乘估计出相对时钟偏差量和相对时钟频率偏移量,最后将估计出的结果补偿到标签节点与锚节点的TDOA定位中,消除时钟不同步带来的误差。TDOA非视距鉴别修正算法利用LOS锚节点之间的参考TDOA均方差与实际测量的TDOA均方差作比较的方法鉴别出NLOS锚节点,并将其剔除,只利用LOS锚节点进行定位,从而抑制NLOS对定位精度的影响。同时,在定位锚节点不足时,本文也提供了一种修正NLOS锚节点的思路,对NLOS锚节点的NLOS误差进行估计、修正,让其能够充当LOS锚节点参与定位。基于所研究的算法,本文最后设计了一个基于DW1000无线收发芯片的定位系统,该芯片由deacWave公司提供,并遵循IEEE 802.15.4-2011标准。本文首先完成了标签节点、锚节点的硬件选型与设计,其次设计了含有简单中断程序的嵌入式软件来捕获传感器节点的TOA信息,然后设计了上位机软件接口与上传TOA信息的数据包协议,最后通过设计的上位机软件调用本文算法实现对标签节点的定位、显示。从实验数据可以看出,本系统的定位精度可以到达分米数量级,定位结果有效验证了系统的实用性与算法的有效性。