本发明请求保护一种基于非标准柱面角锥镜的滚转角测量方法，属于光学测量仪器领域，其包括步骤：运用空间坐标向量解析方法，在保留传统自准直仪的基本内部结构下，将标准角锥镜的一个反射平面加工为特定规律的圆柱面，形成了一种能够对滚转角敏感的反射体；使用非标准柱面角锥镜代替平面反射镜，从而构建用于测量滚转角的自准直仪测量系统；在以上研究基础上，推导这种特殊反射体的结构与反射光束空间坐标矢量变化的数学关系，建立了滚转角自准直测量系统的测量公式。从而实现大角度测量三维自准直仪的整体研制。本发明不仅能够实现针对滚转角度的大量程测量，同时还能够保证传统自准直测量所具有的高分辨率、超精度和远工作距离等性能。