无线定位技术一直是电磁和射频领域的研究热点,其中利用更少信息的压缩感知定位方法引起了广泛关注。本文围绕相关工作研究基于压缩感知的无线定位和目标探测方法,从天线和系统设计的角度出发,提出了几种高精度定位系统,并进行了理论研究与实验验证。具体工作如下:首先,本文提出了一种基于超宽带天线场散射的压缩感知定位系统。该系统使用超宽带（Ultra-Wide Band,UWB）天线发射和接收定位区域频率扫描稀疏信号。随后,利用压缩感知（Compressed Sensing,CS）算法对采集到的信号进行数据处理,实现目标定位。本系统利用目标和天线之间放置的散射障碍物提高信号随机性从而提高定位精度,提升系统灵活性和实用性。同时,通过仿真分析了引入障碍物对超宽带点源天线产生散射场幅度和相位随机特性的影响,并搭建了基于超宽带天线场散射的压缩感知定位系统进行实验。仿真和实验结果表明:在10GHz-20GHz频带范围内,该系统在距离天线40 mm处一个40mm×40mm区域内实现了 1.4mm的定位精度,系统完成定位的计算时间为 26 ms。其次,为了构建符合压缩感知定位系统随机性要求的辐射场,本文提出了一种兼容印刷电路板（Printed Circuit Board,PCB）工艺且结构紧凑的高隔离度电小PCB天线。该天线利用亚波长馈电结构产生谐振,在接地金属结构上产生有效辐射,且无需单独的天线辐射体。该天线可通过调整匹配元件参数来改变天线的辐射频率,并可以在PCB板的外侧接地边缘实现高效辐射,相关的辐射效率可以达到90%以上,从而得到高增益和高隔离的特性。其中亚波长谐振馈源结构占整个板面积的2%以下,并且不需要额外的天线高度,根据电尺寸判断该天线属于电小天线。同时该设计可以在保证隔离度良好的情况下,引入两个不同工作频率的馈源同时工作,可应用于双工天线。由于该天线设计具有结构紧凑、成本低廉、辐射馈源尺寸小以及频率可调的优点,不仅能够用于压缩感知定位系统,还能够广泛应用于小型多频物联网（Internet of Things,IoT）设备的无线通信设备中。最后,本文提出了一种基于可调电小PCB天线的压缩感知定位系统。在高隔离度电小PCB天线设计的基础上进一步引入变容二极管,获得了具有高隔离度的可电调频率的电小PCB天线阵元设计。通过对可调电小PCB天线阵元的变容二极管施加不同的电压使其分别谐振在不同的频率,实现了利用频率和相位可调的天线阵列来获得适用于压缩感知目标探测的电磁随机分布变化效果,从而实现了基于压缩感知的电小PCB天线阵列电磁目标定位系统。该天线设计随着频率的变化而产生多种不同的辐射模式和幅度相位变化,可以在天线单元数量较少的情况下,利用压缩感知算法通过散射测量信号恢复目标物体的运动位置轨迹并保证目标精度。通过仿真和实验,该系统在4 GHz-6 GHz频段实现了距离天线40 cm处20 cm × 20 cm的定位范围内精度为1 cm的有效定位。本文所提的压缩感知定位系统可以实现一定范围内厘米级和毫米级定位,同时具备结构紧凑、易于加工、使用灵活和具有良好的实时性的优点,在目标识别追踪和人机交互方面具有很好的应用潜力。