随着信息产业的发展,全球定位系统GPS运用广泛,但是GPS难以应用于室内环境。另一方面,室内移动机器人的社会需求也越发广泛,定位是移动机器人实现自主导航的基础,本文提出运用超声波室内定位系统实现机器人在室内环境下的局域定位。本文首先对超声波室内定位系统基于到达时间和到达时间差的两种算法进行了分析研究,应用Cayley-Menger行列式解法替代传统的数值迭代解法,解决了基于到达时间的三边测距问题,并对结果进行了误差分析。然后参照被动声定位的原理设计了基于到达时间差的定位系统,通过对理论值的仿真确定四元十字阵的参数,并对定位值作了误差分析。为进一步降低定位误差,文中提出并完善了适用于此系统的扩展Kalman滤波算法。其次,本研究设计搭建了超声波室内定位系统。机器人移动平台采用轮式结构,以“主机+从机”的结构设计搭建了数据采集系统、驱动系统、温度补偿模块和方位测量模块。在此基础上设计制作了移动平台上的超声波信号的发送与接收调理电路、电源模块,进行了试验调试,并对信源节点的编码进行了扼要阐述与分析。最后,为验证系统的可行性,本文对系统的基本性能进行实验分析,给出了基于到达时间的系统的定位误差,对基于到达时间差的定位系统也进行了相关实验,并运用扩展Kalman滤波进一步优化了定位精度。研究结果表明,超声波室内定位系统为解决移动机器人的室内定位问题提供了一种可靠的解决方案。