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针对月球着陆巡视探测活动中的月面着陆器与巡视器的相对定位问题，建立了月面双目标相对运动方程和状态方程，给出了同波束差分时延测量量关于双目标相对位置的测量方程，进而实现了基于统计估计方法解算双目标相对位置的算法。结合嫦娥三号探测器跟踪测量条件，利用该算法开展仿真分析。结果表明：在测量弧段达到5min以上、同波束干涉测量（SBI）时延仅有1ns随机误差的情况下，相对定位精度可达20m；测量数据存在3ns系统误差时，相对定位精度为200m，此时如果增加甚长基线千涉测量（VLBI）时延数据，可将相对定位精度提高到