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，对现有基于面阵成像器件摄影测量系统的二维测角功能进行分解与重构，提出一种基于正交柱面成像的位姿测量新方法。该方法充分发挥线阵CCD器件一维角度分辨率高、采集速度快、处理简便等优势，以正交柱面成像光路简化了相机结构，并采用非参数标定方法校正了柱面成像畸变。针对空间物体姿态测量的坐标同步问题，研究了基于扩展卡尔曼预测的实时识别跟踪方法，实现了多个目标并行测量，并通过基于Rodrigues参数的姿态解算模型实现了实时姿态测量。实验结果表明，该测量方法得到的空间点三维坐标测量精度优于0.5 mm，空间物体姿态解算在偏航、横滚、俯仰三个方向的最大测量误差分别为0.20°，0.12°，0.23°，具有较高的姿态测量精度。