一种非线性残差自注意力机制的卫星姿态视觉测量算法。所述测量方法流程包括：构建卫星姿态旋转数据集，获取图像单通道矩阵，通过卷积神经网络提取局部特征，位置编码器对局部特征进行位置编码，非线性残差自注意力机制对位置编码后的图像特征进行学习，通过全连接层输出姿态测量信息。使用单通道图像匹配自注意力机制只能处理二维矩阵的特点，可以保留图像位置信息和压缩模型大小。针对自注意力机制的缺陷，引入非线性激活函数和残差网络，提出了一种非线性残差自注意力机制，可以提升模型表达能力和训练效率。本发明实施例基于视觉和深度学习算法，观测手段方便，解算卫星姿态信息快捷，为推动我国空间非合作目标探测发展提供了理论和技术基础。