本发明公开了一种空地协同作业系统，包括：无人车，通过在地面上的移动构建目标场景的三维地图，并实时定位自身在三维地图的地图坐标系下的位姿；无人机，用于对作业目标进行作业；数据采集器，用于获取无人机与无人车的第一相对位姿以及作业目标与无人车的第二相对位姿；数据处理器，与无人车、无人机以及数据采集器均相连，用于根据无人车在地图坐标系下的位姿、第一相对位姿以及第二相对位姿，得到无人机与作业目标的第三相对位姿，并将第三相对位姿发送至无人机，以使无人机根据第三相对位姿调整位姿至预设作业范围内。该空地协同作业系统通过无人车协助无人机在目标场景中精确定位。本发明还公开了一种上述空地协同作业系统的定位方法。