本发明一种天基双星交会测角测距装置及其使用方法，属于光学测量技术领域；包括两个位置不同的天基双星交会测角测距装置和两个卫星，天基双星交会测角测距装置包括大口径光学探测系统、和与大口径光学探测系统电学连接的信息处理与传输系统；卫星包括精密跟踪单元、伺服控制系统、通信系统、GPS定位系统和总控系统，GPS定位系统与通信系统电学连接，通信系统与信息处理与传输系统电学连接，伺服控制系统与精密跟踪单元电学连接，精密跟踪单元与大口径光学探测系统电学连接，伺服控制系统与信息处理与传输系统电学连接；总控系统与天基双星交会测角测距装置和卫星电学连接。本发明可提高测角精度，为高精度定轨提供更精确的数据。