辅助测靶式单机系统是一类典型的视觉坐标测量系统，只需一台像机、一次图像采集处理，即可获得测量结果，具有造价低、不需要现场校准、使用灵活等特点，在现代加工制造业的诸多领域有着广泛的应用前景。其核心问题是设计构造辅助空间几何约束，结合像机的三维到二维的透视变换关系，实现空间三维坐标的提取。测靶的几何结构直接影响测量精度，且测靶上有限的控制点，其相互间距离约束效果随测量空间尺寸增大而减弱，其个别像点存在相对较大定位误差却无法有效剔除，这些成为制约测量精度的主要因素。视觉空间坐标测量方法是基于空间角度交会原理的定位测量方法，增加空间几何约束，提高结构强度是提高测量精度的根本途径。本文在不改变单机简便测量方式的同时，利用测靶灵活可动的特点，在测量前针对具体测量任务需求，在测量空间内多次移动测靶成像，构建以测靶为中心的虚拟像机控制网络，测量时以此控制网络为依托，将传统形式的后方交会转化为多测站式的前方交会，运用光束平差算法，优化测量结果。论文随后就单机网络式测量方法的关键环节——像面畸变控制和控制网构建展开研究，完成的主要工作有：1、研究了一种基于测靶虚拟控制网络的单机测量方法。结合光束平差的思想，利用辅助测靶的冗余测量，提出了网络化的单机测量方法。文中从控制网络的构建、测靶的设计、控制点类型的选取及对冗余信息的处理等方面进行了研究。2、像机内参数校准优劣是影响视觉测量精度的重要因素之一。在基于靶标板控制场的像机校准基础上，提出了成像平面分区域精细修正畸变的方法。采用多块靶标板构成控制场，通过像机分层次的多次成像实现了像机内参数的全局校准。在此基础上，对像平面进行分区精细修正，以得到最佳参数值。3、测靶位姿的选取是构建虚拟控制网络的关键。研究了在建立测靶虚拟控制网络时，测靶摆放的位置和姿态对测量的影响。基于蒙特卡洛仿真的数值方法，通过对测量误差模型的平面和立体建模，分析了测站数量对测量结果不确定度的影响。在立体视觉异面交会模型的基础上，通过数学解析的方法验证了双站最佳测量交会角度值范围。通过计算基于共线方程建立的过定方程组的系数矩阵的条件数，并分析其与测点计算误差的关系，给出多测站的最佳布局。4、搭建了实验平台，分别采用传统单机和本文提出的基于测靶虚拟控制网络的单机测量方法，对单点重复性、单点测靶多姿态重复性和空间距离进行测量，对比测量结果，证实了本文方法的有效性。