本发明公开了一种时序正交型目标探测方法及模块化机载偏振成像系统，涉及目标探测领域，获取N帧原始偏振图像，相邻的两帧原始偏振图像对应的预设触发角度之间相差90度；根据预设图像配准策略分别对分组得到的各原始偏振图像组进行处理以得到对应的配准偏振图像组；配准偏振图像组的各帧偏振图像中待定区域的位置坐标相同，根据预设目标凸显策略对各配准偏振图像组进行处理以探测出目标。通过选择时序正交的N帧原始偏振图像作为数据源，增大了目标与背景之间的差异性，利于提高目标探测的准确度；图像配准可以消除目标位置偏移进而消除图像畸变；本申请能够发挥偏振成像技术在目标检测方面的独特优势，实现了对于动态目标的连续、精确探测。