本文针对航空、航天等领域大型装备组装对接过程中的大尺度空间物体实时的位姿测量需求,研究了基于正交柱面成像的位姿测量新方法。该方法通过对摄影测量中面阵成像器件的二维测角功能进行分解,采用正交柱面成像光学系统结合两个正交放置的线阵CCD实现空间点二维角度的测量,多角度交会实现空间点的三维定位,进而实现空间物体的姿态测量。新方法充分发挥线阵CCD器件一维角度分辨率高、采集速度快、处理简便等优势,以提高其动态性能。针对正交柱面成像式位姿测量方法,依次从测量原理、算法研究、系统设计三个方面展开研究,并通过实验进行系统验证。实验结果表明该测量方法具有良好的空间点三维坐标测量精度和较高的姿态测量精度。本文的主要研究工作有:1、阐述了正交柱面成像相机中光学系统的组成及其成像规律,描述了正交柱面成像相机的小孔成像模型,并对正交柱面成像式的位姿测量原理进行研究,描述了三维坐标定位和姿态测量实现的过程。2、研究了与正交柱面式测量系统相适应的基于Rodrigues参数的姿态实时解算模型,研究了基于卡尔曼滤波的识别算法实现对多个目标同时测量,为测量系统的实现提供了理论基础。3、阐述了正交柱面成像测量网络的精密位姿测量系统总体方案设计,合理确定光学系统参数以实现正交柱面成像光路,合理选择合作发光点的光源并设计其机械结构,并通过阈值质心法实现像斑的亚像素定位,通过外触发实现多个相机的同步,设计相应的相机校准平台,并完成上位机内参标定程序的设计和测量程序的设计。4、基于正交柱面成像位姿测量系统进行多项实验。实验结果表明,该测量系统的三维定位精度优于0.5mm,姿态测量在偏航、横滚、俯仰三个方向的最大测量误差分别为0.20°、0.12°、0.23°,精度较高,方法可行,具有良好的应用前景。