本发明公开一种分布式测量系统基站姿态补偿装置，包括多个基站和光电自准直仪；所述基站包括嵌在所述基站内部的倾角传感器，以及设置在所述基站侧壁上的反射镜；所述反射镜镜面与倾角传感器坐标系YOZ平面近似重合，镜面法向量与倾角传感器坐标系X轴正方向近似同向；所述光电自准直仪的光源出射轴线与所述基站的反射镜中心的垂线处于平行状态。还公开了一种姿态补偿方法。本发明利用光电自准直仪与双轴倾角传感器实现组合测量，为位姿参数的补偿提供高精度的角度信息，解决了基站姿态变化后须重复性大范围重新定向的问题，能有效补偿发生变化的系统外部参数，增强了系统的鲁棒性，实现了测量基站的姿态更新。