超声测距技术在物位测量、车辆安全行驶辅助系统、机器人自动导航以及空气中与水下的目标探测、识别、定位等领域具有广阔的应用前景。一般的超声测距系统作用距离都不大,使其应用推广受到了较大的制约。本文将研究大作用距离、高精度的超声测距技术,以及扩频技术在超声测距系统中的应用,这对于超声测距技术的发展具有重要意义。主要研究内容包括:1.根据换能器的技术指标,对换能器压电振子的类型和参数进行了选择。从总体上分析了超声测距系统的工作原理及其组成部分,并指出了发射和接收电路设计的关键环节,讨论了测量中可能存在的误差来源,并给出了补偿措施。2.设计了一种新型的超声换能器驱动电路和高精度的回波接收电路。为提高系统的机电能量转换效率,对换能器采用了阻抗匹配技术,并对发射电路进行了优化设计,最后给出了超声测距的实验结果。3.研究了伪随机码扩频在超声测距系统中的应用及其相关的信号处理算法。分析了m序列参数选择方法及其与超声载波的调制方式,建立了超声扩频测距时延估计模型,研究了基于FFT的常规时延估计算法及其改进算法,给出了实验结果。最后,分析了超声测距的精度问题。实验表明,本超声波测距系统的量程大于32米,超过了美国AIRMAR公司的同类产品(Airducer AR30)。目前,这项研究成果得到了初步应用,为解决“未知环境中移动机器人导航控制理论与方法研究”(国家自然科学基金重点项目,60234030)和“无人作战平台”(部委“十·五”预研项目)的远距离野外目标探测问题提供了技术支持。