无线传感器网络技术，是一种将对人类未来生活产生深远影响的技术。位置信息对无线传感器网络的应用至关重要，对于大多数应用场景，不知道目标的位置信息而感知到的数据都是没有意义的。在实践中诞生了多种基于无线传感器网络的目标定位算法，这其中，基于到达信号时间差(Time Difference Of Arrival, TDOA)的目标定位技术具有相对较高的定位精度。尽管该算法对硬件要求较高，但硬件的成本将随着技术发展而逐渐降低，TDOA定位算法也将会有越来越更广阔的应用前景。基于以上考虑，论文的研究围绕TDOA定位算法展开，重点讨论了非理想情况下提高TDOA定位算法精度的问题，主要工作包括：1、通过广泛阅读相关文献，对无线传感器网络的节点结构、网络体系结构、特点、研究背景和国内外研究现状进行了归纳，对定位算法的理论基础和发展过程进行了综述，给出了定位算法的性能评价标准和定位误差表示方法，着重对几种典型的无线传感器网络目标定位算法进行了介绍，并对其性能特点进行了比较。2、针对“信道环境劣化时，可用信标节点退化为问题节点并导致无线传感器网络失去定位能力”的问题，分析了产生原因，并提出了可能的改进措施；之后对因信道环境劣化导致大量可用信标节点退变为问题节点、造成可用信标节点数量不足的情况，利用AF协作通信原理，引入采用AF通信协议的中继节点对目标信号进行放大转发，并在信道环境劣化、信标节点数量不足时，通过广播定位信号将该中继节点提升为信标节点，补足信标节点的数量，恢复网络的定位能力。3、由于影响TDOA定位运算精度的因素不仅来自信标节点，也可能与目标信号源的位置变化有关。因此，论文针对“常规三边测量TDOA定位过程中，目标信号源到可用信标节点的距离近似相等时定位结果受观测噪声影响较大”这一问题进行了研究。通过分析该问题的产生根源，认识到常规TDOA定位算法从本质上无法适应此类定位环境，因此考虑采用基于TDOA的中垂线定位算法，利用满足TDOA门限的节点建立中垂线方程组，联立各方程组解出目标信号源的位置。4、在PC平台设计并实现了基于AF协作通信的TDOA定位系统。该定位系统以第三章所提算法作为基础，针对信标节点数量的短缺，在不直接增加信标节点数量的前提下，通过引入采用AF通信协议的廉价中继节点，对目标信号进行放大转发，并向全网广播定位信号，从而使该中继节点升级为信标节点，恢复网络的定位能力。最后，论文对已完成的工作进行了总结，并对今后的研究方向做了展望。