本发明公开了一种光子辅助的微波信号多参数测量方法，对宽谱超窄光脉冲序列进行时域拉伸，生成脉宽增大的啁啾光脉冲信号；用两个天线获取待测微波信号的两个副本，并用这两个副本对所述啁啾光脉冲信号先、后进行载波抑制双边带电光调制，生成调制光脉冲信号；对调制光脉冲信号进行时域压缩，生成同时携带有微波信号频率、幅度和到达角信息的光脉冲信号；对光脉冲信号进行光电探测；根据所生成电脉冲信号的时域特征解算出待测微波信号的频率、幅度和到达角。本发明还公开了一种光子辅助的微波信号多参数测量装置。相比现有技术，本发明可同时获取待测微波信号的频率、幅度和到达角的准确信息，且结构更简单，实时性和分辨率更高。