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以光电准直和针孔成像原理为基础,结合虚拟扩展成像面技术,提出了一种新型的大视场二维姿态角测量方案。以针孔光阑和高精度反射镜组构成其光学系统,从菲涅尔-基尔霍夫衍射理论出发,建立了光学系统的成像模型,通过计算机数值仿真,设计了光学系统的模式和最优参数。按照设计参数搭建实际测量系统,对设计方案进行了分析验证。结果表明,光学系统设计合理,可以满足大视场姿态角传感器的设计要求。