目标的三维姿态是航天测控系统中非常重要的物理量，对导弹、火箭、返回舱等的评估和设计有着重要意义。而光测方法具有非接触、全场测量和高精度三大重要特点，在靶场对目标的测量中有着非常重要的应用。基于光测图像测量空间目标姿态角是通过对目标的两幅投影图像提取、识别、匹配、解释以及重建三维环境信息的过程，主要包括：视频捕获、摄像机标定、图像预处理、特征提取、立体匹配以及三维重建。 本论文的主要目的是研究利用光测，通过对目标图像的处理来获取空中目标三维姿态角：俯仰角、偏航角、滚动角的姿态信息。总结全文，所做的主要工作和得到的主要结果如下：参考了大量文献，总结了姿态测量的研究概况；学习和研究了目标姿态角测量的基本方法，提出了一种基于光电经纬仪交会测量空中目标姿态的方案，建立了经纬仪透视投影模型，以及双经纬仪三维坐标测量模型，给出较为合理的空中目标的俯仰角、偏航角、滚动角测量的数学模型；对建立的数学模型进行误差分析，给出影响系统测量误差的因素。搭建了该测量系统原理仿真实验模型，进行测量系统标定，包括基线长度标定、镜头畸变标定、摄像机标定以及弹模型标定；对仿真实验采集的图像进行实时处理和判读，给出了实时提取目标姿态角的具体算法；分析实验数据，给出提高目标姿态测量精度的经纬仪的最优布站方案。 通过原理仿真实验得到，当电子经纬仪的测角精度为2″，CCD摄像机的焦距为50mm，弹模型的直径为30mm，长度为200mm，目标轴线在两测站投影角的均方值小于90°时，俯仰角和偏航角的静态测量合成误差σ_合＜0.2°；当弹模型对于两测站张角大于80°小于110°时，滚动角的静态测量误差σ_θ＜2°。