超声定位是用于室内环境中移动目标精确定位的重要方法。在很多复杂以及作业恶劣的室内环境中，它能够给需要确定自身位置的移动人员或目标终端等，提供较准确的坐标信息，从而实现基于位置信息的智能操作服务。然而，在实际的定位操作中，却存在很多影响精度的因素。超声发射和接收器的分离布局会造成测距时间的计时延迟，本文通过在超声发射与接收器之间进行射频同步设置增强计时同步性，进而提高测距时间的准确性；另外，由于定位测量值会受环境中的多种随机噪声干扰，会导致待定位坐标计算结果不真实，本文采用无迹卡尔曼滤波（UKF）算法减小噪声误差，进一步提高了系统的定位精度。作者主要完成的研究工作包括：1、 调研室内定位系统的国内外现状与发展，并分析射频技术的国内外应用现状；鉴于精度在厘米级的定位范围要求，提出了基于射频超声技术的详细定位方案。2、 采用可编程、低成本、低功耗CC1100射频芯片设计了射频收发模块，使用无需申请频段许可的433MHz作为发射频率。该模块能够分别独立配置为发送和接收模块，实现超声测距时的射频同步功能。3、 采用ATmega16L 单片机设计了射频模块的系统控制器，通过在系统编程方式可以对射频模块进行SPI通讯控制。4、 完成了射频模块的硬件设计和电路板制作，以及软件的程序设计和烧写；进行了可以区分不同射频模块的ID 标识符编码实验，并无线监测了系统环境温度。实验验证了射频同步的功能，并实现了节点坐标信息等的无线传输。5、 使用三边测量原理及节点冗余法对定位方案进行了分析，在对移动目标的三维坐标进行最小二乘法计算的同时，采用UKF算法对环境随机噪声带来的信号干扰进行滤波处理，得到移动目标运动轨迹的连续测量值的滤波估计。用MATLAB对扩展卡尔曼滤波（EKF）及UKF算法进行了系统仿真；实验表明，与EKF算法相比，UKF算法的估计效果较好，与真实运动轨迹的拟合程度最佳，实现了算法优化。