分布式多站时差定位(Time Difference of Arrival,TDOA)技术是无源定位技术的一种,关系到其定位性能的时延估计算法、接收站的几何分布(布站方式)、时差定位算法都是近些年研究的热点。如何在保证估计精度的同时,提高算法的估计速度,是时延估计算法和时差定位算法共同面对的一大问题。本文针对上述问题提出两种时延估计算法、一种时差定位算法,并分析研究了接收站的几何分布情况对定位精度的影响。本文的主要研究内容如下:首先,在深入研究双谱时延估计算法的基础上,将多项式求根的方法应用到该算法中,提出双谱多项式求根时延估计算法。新算法仅需要计算接收信号三阶累积量的一维切片,然后通过傅里叶变换得到自谱函数和互谱函数,并构造一个包含时延信息的新谱函数,最后利用谱函数构造多项式,并求根得到时延值。仿真实验证明,该算法在简化计算复杂度、加快估计速度的同时,算法的估计精度也得到了优化。其次,在充分研究基于MUSIC(Multiple Signal Classification)算法思想的归一化互谱时延估计算法的基础上,提出互谱多项式求根时延估计算法。新算法通过构造多项式的方法避开了原算法中计算繁杂的峰值搜索过程,利用多项式求根的方法得到时延值。与原算法相比,改进算法不仅能够实现快速估计,也使得时延估计结果更准确。接着,在对现有的经典布站方式进行归纳研究的基础上,仿真分析了三种经典布站方式的几何精度因子(Geometric Dilution of Precision,GDOP)等值线分布特点。然后利用克拉美罗下界(Cramer-Rao Lower Bound,CRLB)推导出达到最优布站需要满足的条件,给出了三维定位系统中采用四个接收站进行定位时的最优布站方式,并对三维四站最优布站方式进行了仿真验证。最后,在对时差定位算法中利用正则化理论修正的牛顿迭代法进行深入研究的基础上,提出了三步修正牛顿迭代法。新算法采用三步迭代的方法来改善收敛阶数,并多次使用正则化参数对海森矩阵进行修正,在保证迭代法稳定收敛的同时,使得估计速度有所提高。仿真实验证明,该算法收敛性能与原算法相当,但是估计速度明显提高。