角度测量作为计量技术中的一个十分重要的部分,到目前为止发展已经相对完备,各种用于检测其精确度的手段较为丰富。与传统的角度测量方法相比,光学测角法有着非接触式、高测量精度等多方面的优势。在三自由度角度测量中,测量滚转角的方法由于滚转角角位移方向与光轴垂直而与俯仰角、偏航角的方法不相适用,这也使得一些光学角度测量方法应用场合受限。针对以上问题,本文首先提出基于斯托克斯偏振仪的绝对式滚转角测量方法,该方法具备0-180°大量程测量和绝对式测量的特点,相比现有的滚转角测量方法不仅在量程上有了很大的提高,同时兼顾高精度测量和高分辨率测量。在完成滚转角方法的研究后,本文以宽接收角波片为传感单元,将滚转角测量与俯仰角、偏航角的测量相结合,提出三自由度绝对式角度测量方法。论文的主要研究内容与创新点如下:（1）提出了基于斯托克斯偏振仪的滚转角测量方法。理论推导了基于斯托克斯偏振仪的滚转角测量模型和具体计算公式。将滚转角的测量范围扩宽至0-180°。搭建了滚转角测量系统并进行角度精度和角度分辨率的实验测试,实验结果表明测量系统的测量分辨率可达0.01°。（2）提出了三自由度绝对式角度测量方法。利用宽接收角延迟器将滚转角测量与基于自准直仪的俯仰角、偏航角测量相结合,理论推导了三自由度绝对式角度测量模型和计算公式。同时对三自由度角度进行角度精度和角度分辨率的仿真测试。（3）提出了系统自校准方法。针对基于斯托克斯偏振仪的滚转角测量模型本文提出了以传感单元作为校准对象的系统自校准方法,理论推导了系统自校准计算公式和校准算法。在完成测量系统搭建后,将自校准方法应用实际角度测量系统中。本文通过理论建模和实验验证完成了基于斯托克斯偏振仪的角度测量系统。本文研制的角度测量系统具备高精度和高分辨率,同时能够做到绝对式测量并极大的扩宽了角度测量的测量范围。