角位移测量是计量技术的重要组成部分,广泛应用于各项工业生产、机械制造以及科研测试等领域。随着科学技术的进步,人们对于测角技术高精度高分辨力的要求日益提高,尤其是微小角位移测量。光学方法相对于其他测角方法具有非接触性,高精度,实时动态测量等优点,备受人们的关注并得到迅速发展。提出了一种基于最小二乘拟合波矢估计的角位移测量方法。该方法利用全息理论和采样定理二次曝光记录两幅全息图,通过对全息图中测量光相位信息的提取和处理得到二次曝光前后的角位移变化。首先,提出了基于迈克尔逊干涉仪结构的全息记录光路并通过引入参考光波与测量光波产生干涉从而记录下测量光的相位信息;接着通过角谱分析对全息图处理取出测量光频谱并还原其复振幅;最后通过两次一维相位解包裹并使用最小二乘拟合进行波矢估计求解波矢存在的角位移关系。根据频谱分离条件及抽样定理,分析了对于给定CCD像元尺寸后允许记录的物光和参考光夹角的取值范围,根据测量方法的需要,设计了调节参考光垂直入射CCD的方法,使用计算机仿真验证了该方法的可行性和准确性并分析了像素尺寸、像素数、信噪比和相位畸变程度对测量精度的影响,用实验验证了理论计算结果与实验测定结果的一致性。实验表明,该测量方法可以测量微小角位移变化,绝对误差可以达到亚微弧度级别。