定位精度不高和对环境因素敏感等缺点限制了超声定位技术的应用领域和范围。本文以超声定位技术的实际需求为牵引,以克服超声定位技术的缺陷为目的,对超声信号的经验模型、实时超声定位算法以及算法的实际应用等内容进行了深入研究,具体包括(1)影响超声定位系统精度的主要因素,以及定位精度与系统参数和测量精度之间的定量关系;(2)超声信号TOF的常速度模型以及阈值法中整周期误差的消除算法;(3)采用双指数模型描述超声信号及双指数模型参数估计方法;(4)基于超声信号双指数模型的TOF实时估计算法;(5)多径环境下基于双指数模型的TOF估计算法;(6)基于双指数模型的定位算法在超短基线二维超声定位系统中的应用与实现。研究结果表明:与传统的混合指数模型相比,本文提出的超声信号双指数模型能够更细腻地刻划压电薄膜超声传感器产生的超声信号,为高精度超声定位算法研究提供了新的基础;提出的若干算法,从不同层面发挥了双指数模型的特性,在精度和实时性两方面都有良好的表现,为进一步研究与应用提供了参考。