运动姿态的测量对于航空摄影、空中重力、水下地形、火炮的姿态和瞄准、车辆/坦克的方向等都是必不可少的^[1]。飞行姿态是研究飞行状态和飞机性能的重要指标^[2]。飞机的飞行姿态对飞机运行平稳、事故分析、导弹威力的发挥、旅客的舒适程度、目标运动过程模拟仿真、航迹测量等方面的研究具有非常重要的意义。测定飞机姿态常用方法主要有两种:一种方法是在飞机中装载GPS接收机和惯性测量器（IMU）,称之为目标三维姿态的内测^[13];另一种是利用雷达、光电经纬仪等测量设备对非接触的目标进行测量,称之为目标三维姿态外侧,本文研究利用光电经纬仪所拍摄的光学影像数据测量目标的飞行姿态。但光电经纬仪成像存在一些不利因素,传统的摄影测量方法会在求解的过程中出现病态解。本文采用了一种新的轮廓匹配的方法^[13]求解飞机姿态,实现摄影测量严密的公式体系下,对不接触远距离运动目标的姿态估计。测量平差问题,从数学的观点来看就是一个参数优化问题。经典的最小二乘测量平差是将非线性函数模型忽略高次项使其线性化,然后按线性最小二乘法求解。但是经典方法对数学模型的非线性程度和迭代初值的选取有要求,采用广义点反馈迭代法建立的数学模型无法满足要求,会严重影响平差结果的精度。本文通过理论推导和实验结果分析对比了几种测量平差的解算方法,通过数值优化方法,实现了飞机位姿的有效解算和快速收敛。本文介绍了在理论的基础上建立的一套完整的姿态测量系统,并通过模拟数据对飞机姿态求解结果进行分析,证明了本文提出的算法的合理性和实用性。通过实验,得到的结论是:1)结合摄影测量的理论与OpenGL成像原理,实现了光电经纬仪仿真成像,建立了平差理论下的飞机姿态测量模型,完成了基于模型投影图像轮廓匹配的姿态测量。2)通过理论推导,分析对比了最速下降法、牛顿法、高斯-牛顿法和阻尼最小二乘法等优化方法,结合数学模型设计了基于阻尼最小二乘法的测姿迭代求解优化策略,实验结果表明可有效解算飞机的位姿参数。3)在上述数学模型和求解方法的基础上,建立了一套飞机影像匹配的姿态测量软件系统,仿真结果表明:偏航角、俯仰角精度优于0.5°,滚转角精度优于0.9°。