三维空间跟踪定位技术是室内定位和虚拟现实中必不可少的关键技术之一，主要用于目标的跟踪定位。该技术可以用于商场购物导航、医院病人监护、仓库物品管理等，而现有空间定位系统由于定位范围有限、定位目标数较少的缺陷，限制了其在以上领域的应用。本文以超声定位技术为基础，围绕大范围多目标三维超声定位关键技术展开研究，提出了大范围多目标三维超声定位系统实现方案，研究了三维超声定位模型与定位算法，并提出了抑制超声系统同频声干扰的算法，提高了超声定位系统的定位精度。首先，针对大范围多目标三维超声定位系统的特点，分析比较了采用时分、频分和编码技术的多目标区分方式，设计出一种时分频分相结合的多目标区分方法，该方法可有效弥补上述三种技术的不足。进而，针对现有超声定位系统覆盖范围小的缺陷，将较大的室内范围进行空间分割，每个子空间为一个基本的定位单元，设计了越空间切换法。该方法将目标发送的超声信号强度与子空间内的切换门限进行比较，到达切换门限时才进行子空间切换。不同子空间之间采用此方法可实现拼接。针对到达时间（TOA）定位算法时基信号易被干扰的缺点，本文采用到达时间差（TDOA）法作为超声定位系统三维位置坐标提取的基本算法，利用球面相交法求解了模型中目标的三维位置坐标。由于误差和分辨率与传感器分布变长关系密切，利用几何原理对基于TDOA法的三维超声定位系统进行了误差分析，推导了误差与传感器分布边长之间的定量关系。针对三维超声定位系统中同频声干扰难滤除、干扰大的问题，本文分析了近5000组实测的超声信号波形，并研究上升沿峰值之间的比值大小，运用“减法”方式对信号进行波形变换，削弱了干扰对超声波上升沿的影响。干扰抑制算法的实现主要包括波形变换、断点位置搜索、断点位置调整等步骤。通过DSP编程实验，表明此方法可以有效滤除同频干扰。本文的主要成果如下：(1)在现有超声定位系统基础上，设计了基于越空间切换技术的大范围多目标三维超声定位系统方案，并提出一种时分频分相结合的多目标区分方式。(2)采用TDOA法作为三维超声定位的基本算法，推导出了大范围三维超声定位系统中传感器节点分布边长与定位误差之间的定量关系，为硬件系统设计提供参考。(3)采用波形变换、断点位置搜索与调整等手段，提出一种同频声干扰抑制算法，可以有效滤除超声定位系统中的同频干扰。