一种小卫星星上设备高精度姿态测量系统，利用控制终端确定转台转角并改变转台位置，确定电子经纬仪在升降支架上的竖直高度H，电子经纬仪的水平驱动角和垂直驱动角，并利用升降支架改变电子经纬仪的位置，完成粗定位工作；在粗定位工作的基础上利用CCD相机完成精确准直工作，获取立方棱镜两个端面的法向矢量，最终确定星上设备的姿态测量值。本实用新型针对多级硬件系统坐标矩阵转换带来的系统累计误差问题，进行了系统硬件构建优化，以及算法的优化改进，提高了航天器设备姿态测量的测量精度和测量稳定性，还大幅提高了测量效率，降低了测量人力成本，减轻了测量技术人员的劳动强度。