精密、可靠和实时性好的动对动相对定位技术对于航天器空间交会对接、飞机协同加油、车辆智能交通和舰载机着舰引导等应用至关重要。全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）以其全球覆盖性、全天候可用性和较好的长期精度,是目前实现动对动相对定位的主要手段。然而,GNSS导航信号较为脆弱,容易受到遮挡和干扰,并且GNSS接收机的采样率一般较低。惯性导航系统（Inertial Navigation System,INS）能输出高带宽的导航结果,不与外界发生信号交互,抗干扰能力强。但是,INS误差随时间快速累积,需要其它技术提供初始时刻导航信息。GNSS/INS组合能够实现优势互补,提升整体的精度、可靠性和可用性,广泛应用于陆、海、空、天各类载体的导航任务中。传统GNSS/INS组合主要侧重于绝对导航,对于动对动相对定位则鲜有相关研究报道,相应的算法在工程实现中的精度和实时性研究还需深化。为此,本文开展GNSS/INS组合动对动相对定位方法研究,重点突破高精度GNSS/INS组合绝对导航及位置增量计算、高更新率低时延动对动精密相对定位和INS辅助GNSS动对动相对定位模糊度求解,集成原理样机并搭建动对动试验系统对方法进行实时试验验证。本文的主要研究成果和结论如下:（1）研究了高精度GNSS/INS组合导航及位置增量计算方法。首先,针对单站GNSS/INS松组合可用性差、传统紧组合精度不高的缺陷,研究了一种载波相位时间差分（Time-Differenced Carrier Phase,TDCP）增强的紧组合观测模型,并定性分析了星历误差、卫星钟差、电离层延迟和对流层延迟等系统性误差的传播规律。该观测模型建立TDCP与前后历元位置未知参数的关系方程,并通过INS给出的状态转移矩阵将未知参数转换为前后历元位置误差、速度误差和姿态误差等,推导简便并且便于系统建模。STIM300 MEMS惯导（0.5deg/h,0.05mg）车载试验结果表明,TDCP增强的紧组合导航方法的速度和姿态RMSE分别达到0.027m/s和0.080deg,定位误差比较平滑。相比松组合,定速和定姿精度分别提升了约55%和46%;相比传统紧组合,定速和定姿精度分别提升了约50%和27%。其次,针对多系统多频多类观测信息紧组合计算效率和导航精度偏低的难题,提出了基于新息检验的鲁棒序贯估计方法。该方法采用序贯模式逐一处理紧组合滤波中的大量观测值,并基于序贯滤波新息,设计了结合正态一致性检验和方差匹配的鲁棒序贯估计方法来探测和处理故障观测值。复杂观测环境下的STIM300MEMS惯导车载试验结果表明,鲁棒序贯估计相比传统卡尔曼滤波,能将TDCP增强紧组合的定位、定速和定姿精度分别提高约6%、38%和29%,并能提高TDCP增强紧组合计算效率约53%。最后,提出了一种基于TDCP增强紧组合的INS位置增量计算方法,并将其与TDCP位置增量计算方法进行了对比分析。车载试验结果表明,从可用性和精度角度综合考虑,基于TDCP增强紧组合的INS位置增量计算方法要优于TDCP位置增量计算方法,特别是在复杂环境条件下。对于STIM300 MEMS惯导,在GNSS正常观测条件下,INS位置增量的精度稍差。对于光纤惯导（0.02deg/h,10ug）和激光惯导（0.002deg/h,20ug）,静态条件下基于TDCP增强紧组合的光纤惯导（简称光纤惯导）0.5s位置增量精度为mm级,基于TDCP增强紧组合的激光惯导（简称激光惯导）0.5s位置增量达亚mm级,二者精度均优于TDCP位置增量;动态条件下,当时间间隔为20s时,激光惯导和光纤惯导的位置增量精度仍能达到cm级,并且激光惯导位置增量精度比光纤惯导要高20%以上。（2）研究了高更新率、低时延动对动精密相对定位方法。首先,研究了传统的同步RTK（Synchronous RTK,SRTK）方法,对比分析了SRTK实现动对动相对定位的有、无静态基准站辅助两种方式。仿真试验结果表明,短基线条件下,无静态基准站辅助和有静态基准站辅助方式精度相当;动基准站单点定位误差对动对动相对定位的影响随着基线矢量变长逐渐变大,在基线矢量为110km时,影响可达0.1m左右。其次,研究了异步RTK（Asynchronous RTK,ARTK）/TDCP组合方法,采用累加历元间TDCP位置增量方式对动基准站在观测数据传播时延内的运动进行补偿。定性分析研究表明,该方法能够在位置域削弱动基准站观测数据传播时延内时空相关的系统性误差,提高相对定位精度。仿实时短基线试验结果表明,在动基准站观测数据通信链路传播时延小于15s的条件下,ARTK/TDCP相对定位结果与SRTK的差异之均方根为cm级。针对传统SRTK和ARTK/TDCP组合方法更新率较低、可用性较差的缺陷,提出一种综合INS位置增量计算、动基准站位置增量滑动窗口预测和ARTK相对定位的ARTK/INS组合相对定位方法,从而实现相应于INS采样率的高更新率动对动精密相对定位。STIM300 MEMS惯导车载试验结果表明,在GNSS观测环境良好、通信链路传播时延0.1s条件下,ARTK/INS组合相对定位结果与SRTK的差异之均方根小于2cm;在时延15s条件下,相应均方根仍为cm级。激光惯导车载试验结果表明,在GNSS观测环境复杂、通信链路传播时延小于20s条件下,ARTK/INS组合相对定位结果与SRTK的差异之均方根为cm级。不同时长的位置增量预测结果表明,位置增量预测是影响ARTK/INS相对定位精度的主要因素。当预测时长小于0.6s时,滑动窗口模型才能实现cm级精度的位置增量预测。（3）研究了INS辅助GNSS动对动相对定位模糊度求解方法。首先研究了部分模糊度求解（Partial Ambiguity Resolution,PAR）的仰角门限法,分别通过仿真和实测试验,分析了不同仰角门限PAR的理论性能和实际效果。仿真试验结果表明,单频双系统和单系统双频具有相似的模糊度精度衰减因子（Ambiguity Dilution of Precision,ADOP）;剔除低仰角卫星比剔除高仰角卫星带来的成功率损失更小;随着PAR仰角门限的升高,基线矢量解的精度逐渐变差,当门限大于25deg时,精度下降较多。实测试验结果表明,提高PAR仰角门限,能一定程度提高模糊度固定率,但PAR仰角门限过高会导致模糊度固定率大大下降。其次,针对单历元GNSS整周模糊度求解可靠性差、成功率低的缺点,提出了一种INS辅助的GNSS单历元部分模糊度求解方法。该方法利用INS外插的基线矢量作为额外观测信息,提高模糊度浮点解的精度,同时采用综合考虑Ratio检验和几何构型约束的浮动仰角门限PAR方法来选取模糊度子集,提高模糊度固定成功率。车载试验结果表明,在固定仰角门限条件下,INS辅助相比无INS辅助,能极大提高模糊度求解的Ratio值和理论成功率,在高固定仰角门限条件下提高效果尤其明显;在浮动仰角门限条件下,INS辅助部分模糊度求解相比INS辅助全集模糊度求解,固定率提高了15%;在INS辅助部分模糊度求解中,采用浮动仰角门限相比于固定仰角门限能更好地适应复杂环境。最后,提出了一种INS辅助的多历元逐级模糊度求解算法,并从理论上分析了INS的辅助效果。该方法基于多历元浮点解滤波模型,依据双站INS位置增量进行相对定位基线矢量的时间更新,得到INS外插基线矢量;依据伪距、载波相位双差观测信息进行测量更新,不断滤波获得较为准确的模糊度浮点解,进而减小整周模糊度搜索空间,并提高整周模糊度解算的成功率。采用先（超）宽巷后单频的逐级求解策略,提高整周模糊度的求解效率。理论分析结果表明,ADOP、搜索空间大小与INS外插基线矢量的协方差阵呈正相关,INS辅助是否有效取决于INS外插基线矢量精度是否优于或相当于伪距相对定位所得基线矢量。复杂环境实测数据处理结果表明,与无INS辅助相比,INS辅助的多历元多频逐级模糊度求解方法,能显著提高Ratio值,缩短整周模糊度搜索平均时间66%以上,缩短整周模糊度最长初始化从5.1s至0.5s。INS辅助明显提高了第一步宽巷模糊度求解的成功率,从而缩短单频模糊度所需的初始化时间。（4）开发了GPS/BDS双系统多模式GNSS/INS组合相对定位C语言软件,并集成了一套低成本GNSS/INS组合相对定位原理样机,最后搭建了动对动相对定位实时试验系统。设计了动对动实时相对定位试验方案,包括单车定长基线试验方案、双车盲导跟随试验方案,以及光电相对定位实时参考系统和静态基准站辅助SRTK相对定位事后精密参考基准。多模式GNSS/INS组合相对定位软件可以实现纯卫导单点定位、单站GNSS/INS组合导航（松组合和紧组合）、GNSS动对动精密相对定位、GNSS/INS组合动对动精密相对定位（基准站和用户站）等功能。试验结果表明:GNSS/INS组合动对动相对定位能达到cm级的精度,即使动基准站的观测数据和历元间位置增量信息通信链路传播时延不稳定,精度和实时性仍可满足车辆智能交通导航、舰载机着舰引导等应用需求。