一种多目标测量系统，其中机架包括横支撑架和竖支撑架，多个测量模块沿轴向分布在横支撑架上，各个测量模块用于获取对应的目标图像，并对目标图像进行处理，得到目标图像中待测目标的图像位置数据；数据处理器根据多个待测目标的图像位置数据，确定各个待测目标的空间位置数据；由于多个测量模块独立对其测量范围内的待测目标进行测量，并且各个测量模块对其跟踪的待测目标的图像位置数据进行提取后输出至数据处理器，使得数据处理器无需对含有待测目标的图像进行处理，直接将各个待测目标的图像位置数据转换为空间位置数据即可，提升了整个多目标测量系统的数据处理效率，且实现了对高速飞行的多个目标进行同时测量。