近年来,需求的激增刺激航空物探技术的快速发展,在实际应用中,航磁测量是提高其探测能力的一种很好的方法。磁传感器安装在机体外侧用来测量地磁场,为了削减飞机机体对磁传感器的磁场干扰,利用一定长度的安装杆固联机体和磁传感器。因此,需要实时测量由于安装杆的弯曲形变而造成的机体和磁传感器的相对姿态的变化,本文以面阵CCD为核心,利用光学方法来测量两物体间的小角度变化,主要完成了以下几个方面的工作:1)实际应用中,要求采用非接触测量的方式实现相对姿态的测量,并能够达到一定的测量范围和精度的要求。基于实际应用的需求,选择自准直法来测量两物体间的相对姿态变化,并针对实际的应用环境,特别是“折”杆的应用,设计了双子系统构成的小角度测量系统。2)针对系统简化模型的局限,提出了更加全面、严格的数学模型,对该系统的理想模型进行建模分析,建立了光斑坐标与光源位置、反射镜偏转角的具体解析关系,并根据系统测量距离、测量范围、测量精度等限制和要求,对相关器件的参数需求进行分析,最终完成系统的器件选型。3)根据实际采集到的图像效果,结合各种算法的特点和应用环境,并通过实验对比的方式,比较不同算法所得结果的测量精度和稳定性,以此来选择合适的图像处理算法。4)为所有的器件配置合适的安装基架,并根据各自的尺寸和器件相关参数,设计系统的固定底板,对系统进行组装和调试后,进行绝对零点标定、重复性和稳定性测试,用基于实验分析和系统理想模型的两种方法对系统的测量精度进行分析与检验,并对误差进行分析。实验结果表明,在正常工作距离为2m、测量范围为?0.8???0.8?的情况下,系统的测量精度为3.5’,最大重复性误差为3.4’,稳定性漂移为8.2’’/4h。