建立了基于光电准直原理的姿态角测量系统，提出一种虚拟扩展成像面技术，应用于测量系统中，对图像传感器成像面进行复用，虚拟扩大系统的测量视场。介绍了系统的主要工作原理，在系统模型下，对可能影响系统测量精度的误差源进行了分析，建立其数学关系，对精度影响因素进行了定量仿真实验。按照仿真结果，对系统设计方案进行了分析验证。结果表明，分析的因素对系统的姿态角测量精度确实存在影响，以分析结果为参考，可以确定减小系统误差和提高测量精度的方法和途径。