CCD光斑中心的定位精度在激光标靶盾构姿态测量中起着至关重要的作用，它直接影响了整个测量系统的精度。为了获得高精度的测量系统，本文提出基于高精度圆形光阑成像的姿态测量系统的方案。本文介绍了盾构姿态测量中的坐标系系统和位姿要素；由于盾构的滚角计算与俯仰角和水平角的计算是互相依赖的，采用迭代算法便可以求取精确的盾构姿态角，进而可求出盾构盾心和光斑切口处的地理坐标。CCD相机搜寻到的光斑只占CCD图像的一小部分，为了提高算法效率，本文论述了激光光斑中心的粗定位方法，得到一小块感兴趣区域。采用中值滤波的方法在保持了图像的边缘特性的同时消除随机噪声。采用图像的开启与闭合算法滤除图像的暗区域，得到了高质量的激光光斑，完成了图像的预处理。基于灰度的中心定位算法要求图像灰度能量均衡，其抗干扰性差，不符合本文的测量要求；常用的基于边缘的中心定位算法，如hough变换法、基于边缘检测算子的算法等，要求图像的噪声要较小，否则会出现较大的误差，亦不符合本文要求。为此采用基于阈值的梯度算子边缘检测算法，使用灰度门限取得光斑的轮廓。光斑轮廓的缺陷会严重影响测量的精度。为此提出基于粗拟合门限法的最小二乘拟合算法，达到高精度的激光光斑定位本文介绍了实验平台上各的个关键部件，完成系统的标定。在转台上进行测量，对采集到的数据和参考数据进行对比分析，得到系统的测量精度。在所得到的实验数据的基础上，深入分析了误差产生的原因，并探究了消除这些误差的方法。