本发明公开了一种共轴准直光路虹霓特性测量系统及测量方法。科研氙灯冷光源和光纤传光束连接，光纤传光束、窄带滤光片、透镜套筒、平凸透镜、可变光阑、球透镜沿光轴依次布置，球透镜的侧方设有正方白屏和侧方白屏；沿光轴移动屏，读取屏与球透镜间距以及虹在屏上的高度，在不同间距下连续测量获得虹在屏上的高度和位置，逐差得霓虹视角；光学玻璃槽中注入不同折射率的透明溶液，球透镜置于光学玻璃槽内，测量相对折射率对视角的变化。本发明与虹霓在太阳光下形成的原理相吻合，能非常全面地开展虹霓特性进行测量，对虹霓现象有实际应用价值，还适用于虹霓特性的系统性物理光学实验教学等。