本发明公开了一种双粒子时序编码射线相机及其使用方法，一种双粒子时序编码射线相机，其中：包括中心探测器、环形双模编码孔板、信号处理分析系统、旋转平台控制系统、支撑平台以及旋转平台。本发明很大程度上解决了传统的时序编码相机设计中的装置灵敏度与空间分辨率之间的矛盾，利用对探测器的双端信号读出实现粒子反应的一维位置分辨，在通过增大探测器体积提高装置灵敏度的同时，又保证了其空间分辨率，其可以应用于失控放射源的探测与定位成像，在特殊核材料检测、防止核扩散、打击核恐怖主义等领域具有十分重要的应用价值。