本发明公开了一种超高速飞行器飞行姿态及表面温度测量的系统和方法，属于超高速飞行器试验参数测量技术领域，包括：激光器，用于照亮超高速飞行器；准直扩束装置，用于提高光源的均匀性；超高速飞行器，模拟火箭外形；第一分束镜，用于将超高速飞行器信号光分为两束，一束被飞行器姿态测量模块接收，一束被飞行器表面温度测量模块接收；飞行器姿态测量模块，用于接收激光器照射飞行器后发出的信号光，并测量飞行器的姿态参数；飞行器表面温度测量模块，用于接收超高速飞行器头部被气动加热后的辐射光，并测量飞行器表面温度；时序控制模块，用于控制激光器出光及接收信号光的CCD同步曝光；计算模块，得到飞行器的姿态参数和表面温度。