本发明提出了一种基于合作目标的高精度位姿测量方法及系统，涉及位姿测量领域。通过获取目标组合图像；对目标组合图像进行匹配识别；根据预置的目标参数对合作目标标识图像中的各个目标区域进行ROI提取；对各个目标ROI区域分别进行椭圆拟合；根据各个合作目标椭圆曲线分别计算目标圆心位置和目标圆法线；根据各个合作目标椭圆曲线、目标圆心位置和目标圆法线计算得到各个目标成像定位坐标；根据各个目标成像定位坐标和各个目标圆法线采用EPnP算法计算得到相对位姿信息。克服了成像椭圆中心跟目标圆心成像存在偏移的问题，采用了融合目标圆法线特征的位姿测量算法，优化了相对位姿，从而使测量结果更加准确，提高了位姿测量的精度。