一种体目标三维运动轨迹测量方法，涉及海洋测绘技术领域。本发明是为了解决长基线的定位模型不完全匹配，模型存在误差，导致定位误差的问题。本发明建立体目标坐标系，在体目标处于航行时，使体目标与水下信标进行信号传输，采集t时刻水下信标接收到的信号，根据该信号的频率获得体目标上换能器的编号，以及t时刻体目标上换能器与水下信标之间信号的传播距离，判断体目标运动过程姿态参数是否已知，若已知则建立体目标轨迹解算模型求解体目标质心在地理坐标系下的坐标，否则建立体目标轨迹和姿态解算模型，然后测量体目标运动过程姿态参数，再求解体目标质心在地理坐标系下的坐标。