基于模拟航天器交会对接的地面实验系统，提出一种相对位姿测量算法，在保证测量精度的基础上，对特征提取具有稳健性，同时计算效率更高。首先使用自适应阈值方法对特征进行判断和提取，然后采用倒序搜索的算法，对第一帧在全局范围内进行搜索，后续的图像利用Kalman滤波器进行预测估计搜索，极大地提高了搜索效率和抗干扰能力，再由提取到的特征点信息利用P3P等算法进行追踪航天器和目标航天器的相对位姿计算，将此结果传递给控制系统以使控制系统发出相应的指令。实验结果显示，可缩小搜索区间范围至2像素，计算精度为0.001m和0.001°，同时计算速度提高63.2%。