本文以航天空间交会对接应用为目标，研究对接技术中目标器和追踪器在接近阶段相对距离和相对姿态的实时测量问题。文中首先详细地阐述了利用双目视觉系统来完成光学测量的原理，从理论上给出求解方法的证明过程，然后根据立体透视投影模型原理推导了目标器相对位置、相对姿态的求解方法。在讨论位置、姿态测量中涉及到的求解投影矩阵问题上，论文定义了五种坐标系以及它们之间的关系，然后由摄像机内、外部参数推导出了投影矩阵。求解投影矩阵必须先进行摄像机标定，因此先分析对比了各种摄像机标定技术的优劣后，从中选取了最合适的Tsai摄像机标定方法，透彻讲述了其算法核心及标定过程。利用图像采集卡提供的SDK编制了图像采集以及图像预处理功能的实用程序，再运用模式识别中对特征区域的聚类分析标记了摄像机模板图像和目标器图像特征区域，从而来获得图像的有效信息为位姿计算提供了数据。而后利用C语言和matlab实现了双目视觉测量系统的相对位置、姿态测量的算法仿真。最终，建立了目标器测量实验系统，验证了整个思路的可行性。实验证明该方法能够达到测量目的，满足了将双目视觉原理应用到空间对接中测量的预期想法。