脉冲无线电超宽带是一项新兴的短距离无线技术，与传统无线技术有着显著的区别，在短距离无线通信、精确测距定位和探测成像领域都有着广阔的用途，近年来受到学术界和产业界的极大关注。本文重点研究了基于到达时间差估计的超宽带室内定位技术，针对标准到达时间差方法锚节点同步难的问题，提出一种改进的方法，并进行性能分析和优化。具体内容主要包括以下几个方面：首先，介绍了现有基于到达时间估计的超宽带定位技术，包括：基于到达时间估计的定位方法，基于到达时间和估计以及基于到达时间差估计的定位方法，指出了标准到达时间差方法相对于其他方法的优势。其次，针对标准到达时间差方法锚节点同步难的问题，提出了一种改进的到达时间差定位方法，并且推导出了定位误差的理论下限，作为性能分析指标。结果表明，该方法相比较标准到达时间差方法牺牲了2dB的性能，但是避开了锚节点时钟精确同步的需求，大大降低了系统复杂度。最后，对基于改进到达时间差方法的定位性能进行了优化。分析了时钟漂移和锚节点配置对改进到达时间差定位方法的影响。通过公式推导和仿真结果总结出了制约超宽带定位性能的主要因素，分析了锚节点配置在最优几何结构时分布半径对定位精度的影响，通过数值仿真证明了存在一个半径使定位性能最优，并利用最小二乘拟合给出了锚节点分布的最优半径与定位区域半径的闭合表达式，可以作为实际超宽带定位系统设计时的参考。