超宽带高精度定位系统的测距精度受限于信号到达时间差估计的准确性与多径干扰的抑制效果。到达时间差估计通过测量定位信号到达不同基站的时间差值来计算目标位置，时间差测量的分辨率由信号的带宽决定，带宽越宽则时间分辨率越高。多径干扰使接收信号中直达径与反射径叠加，首达径检测算法在叠加信号中识别最先到达的路径分量，该分量的到达时间作为测距基准。反射径分量与直达径分量在时域上的间隔由传播路径差决定，间隔小于脉冲宽度时两者重叠，首达径的检测受到干扰。厘米级测距实现要求时间差测量的误差控制在数纳秒以内，这需要接收机具有足够的时间分辨率与多径抑制能力。信号处理算法的选择与基站部署方案共同决定了系统在实际环境中能够达到的精度水平。
到达时间差估计的误差来源包括接收机的时钟漂移、信噪比与采样率。时钟漂移使各基站的采样时刻偏离理想值，测量误差随漂移量的增加而增加。时钟同步机制通过有线或无线方式校正各基站的时钟偏差，有线同步精度较高但布线成本增加，无线同步部署灵活但精度受限于同步信号的传播延迟。信噪比影响首达径检测的可靠性，信噪比较低时噪声可能被误认为首达径，时间差估计出现较大偏差。提高发射功率或增加积累时间可以改善信噪比，但发射功率受限于频谱管理规范，积累时间增加使定位更新速率下降。采样率决定了时间差测量的离散化误差，采样率较低时时间差测量值只能取离散值，无法精确反映连续时间差。插值算法在离散采样点之间估计峰值位置，减小离散化误差，插值精度由信噪比与插值滤波器的阶数决定。
多径干扰抑制的首达径检测采用基于信道脉冲响应分析的算法。接收信号与本地模板的互相关运算输出信道脉冲响应，响应中的峰值对应各传播路径的到达时刻与幅度。首达径在时间上先于反射径到达，但在幅度上可能低于反射径，仅通过峰值检测无法可靠识别首达径。基于阈值检测的方法将响应中第一个超过检测门限的峰值作为首达径，门限的设置需在检测概率与虚警概率之间折中。门限较低时虚警概率增加，可能将噪声峰值误判为首达径。门限较高时检测概率下降，在低信噪比条件下可能漏检首达径。自适应门限根据噪声基底估计值动态调整，噪声基底通过响应中无信号区域的平均幅度计算。
反射径的识别与排除通过分析信道响应的时延分布实现。反射径的时延与直达径的时延之差由反射路径的额外传播距离决定，额外距离等于反射点与目标、基站之间的距离和减去直线距离。反射径在时域上表现为分布在直达径之后的多个峰值，峰值的分布模式与环境的几何结构相关。聚类算法将时域上相邻的峰值归为同一簇，簇内的第一个峰值对应直达径或反射径，后续峰值对应同一路径的多径副本。簇与簇之间的时间间隔反映不同反射路径的时延差，间隔较小的簇难以分辨。高分辨率时延估计算法采用子空间分解方法将时延差小于脉冲宽度的多径分量分离，分离精度由信噪比与算法的模型阶数决定。
到达时间差测距的系统误差通过基站部署几何构型的设计来降低。基站的几何构型影响目标位置估计的条件数，条件数较小时位置估计的误差放大系数较小。在二维定位中，基站宜围绕目标区域均匀布置，避免基站集中在一侧或一条直线上。均匀布置使目标处于基站包围的几何中心附近，到达时间差测量误差对位置估计的影响较小。基站部署高度同样影响测距精度，基站高度较低时直达径被遮挡的概率增加，多径干扰增强。基站高度较高时信号传播路径较为开阔，直达径的接收概率提高，但信号到达基站的功率随距离增加而减小。
厘米级测距的验证需要在受控环境下进行。参考目标沿已知轨迹移动，定位系统输出的位置估计与参考轨迹比较，计算误差的统计分布。受控环境中的多径通过吸波材料或调整天线方向来抑制，使测量结果主要反映系统的固有精度。系统在多径丰富的实际环境中的精度下降幅度通过对比受控与实际环境下的测量结果获得。下降幅度较大的环境需要通过增加基站密度或采用多频段测量来补偿，多频段测量在不同频率上获得独立的到达时间差估计值，通过加权平均减小频率选择性衰落引起的误差。从时间差估计到多径抑制再到部署优化，超宽带高精度定位的厘米级测距实现依赖于信号处理算法与系统部署方案在时间分辨率与空间几何两个维度上的协同设计。
