本发明提供了一种室内定位方法、第一定位服务器及室内定位系统，该方法包括：获取室内的皮基站上传的导频信号和楼层数；基于压缩感知的改进StOMP算法对导频信号进行重构，并基于改进的波束赋形的MUSIC算法对导频信号进行角度估计，以确定导频信号的到达时间差和到达角；将楼层数、到达时间差和到达角发送到第二定位服务器，以对目标终端进行融合定位；其中，改进StOMP算法在迭代时根据门限值筛选信道矩阵中的奇异值；改进的波束赋形算法中费雪信息损失表达式的块对角转向矩阵由入射角和非直射径引起的附加角度误差确定。通过改进分段正交匹配追踪算法和波束赋形算法，能够使计算得到的到达时间差和到达角更为精准，从而提高对目标终端定位的定位精度。