本发明公开了一种基于观测量频谱分析与最优估计的伴飞目标相对导航方法和系统，该方法包括：根据目标视线角观测量，确定目标相对运动轨道；从视线角偏置线性回归模型系数数据库中提取得到与所述确定的目标相对运动轨道相匹配的目标视线角偏置线性回归系数；对于观测时间段内目标视线角观测值，利用最优估计方法确定目标实际观测视线角偏置；将目标视线角偏置线性回归系数和目标实际观测视线角偏置带入视线角偏置回归模型，求解得到目标平纬度幅角，以完成伴飞轨道改进。本发明在传统无迹卡尔曼滤波算法的基础上，根据观测量的频谱特性，利用最优估计方法实现对平纬度幅角的实时修正，解决了伴飞目标仅测角相对导航平纬度幅角确定的难题。