地理位置是人类行为活动的重要基础之一,而室内又是人类每天活动时间最长的场所。因此,将室内位置与用户数据或用户感兴趣的信息结合起来是值得深入研究的一个重要课题。室内定位必将成为移动互联时代的最为重要的应用之一。超声波室内定位具有定位精度高、布局简单、抗干扰强、成本低等诸多优势,但同时也存在高精度同步计时困难等难点。另外,传统的超声波定位系统一般将若干固定节点作为发射超声波节点,而被定位目标(未知节点)作为信号接收节点。为了避免定位目标节点接收到的多路信号之间出现串扰,还需要一定的协调算法。本文在国内外有关超声波室内定位的研究基础上,提出了一种超声波定位新方案:首先,被定位的目标节点同时单向发送红外信号及超声波信号给多个固定节点(论文中称为“双”单向法),利用红外信号作为超声波信号的同步计时时标,这样不会出现多路信号串扰;其次,多个固定节点接收端信号检测部分集中在一片FPGA来实现对超声波高精度同步计时,多路信号易于处理且结构简洁明了。最后,在原有传统定位算法的基础上利用最小二乘与泰勒级数展开相结合的方式使定位精度得到进一步提高。通过上述多项措施,本论文研究设计的超声波室内定位算法,精度可以达到厘米级,在实际应用中具有较高的参考价值。论文的主要工作及创新点为:1)设计了“双”单向法测距的发送端超声波和红外驱动电路以及接收端的信号处理电路,以及基于FPGA的高精度同步计时处理模块以及FPGA与STM32之间的通信模块。2)分析了在超波声测距过程中超声波/红外在信号处理电路中的响应及延时问题,修正了由于器件本身的延时而引入的误差,提高了定位的精度,为精确超声波定位奠定了基础。3)分析了几种常用的定位算法:基于绝对时间方法(TOA)、基于时间差方法(TDOA)、基于到达角度方法(AOA)、基于接收信号强度(RSSI)等的优缺点,在此基础上提出了优化算法,即采用最小二乘方法与泰勒级数展开定位算法相结合,使得目标的定位精度得到进一步提高。4)设计将定位目标点发送的红外同步信号加入编码信息,并对红外信息发送间隔加入随机延时,实现了多目标的无干扰定位。