一种基于立体视觉的目标位姿及高阶运动信息观测方法，所述方法包括基于立体视觉获取目标特征点的三维空间坐标信息；根据特征点建立目标的稀疏特征线段模型，并建立观测误差模型；根据高阶微分器求解特征点、稀疏特征线段和观测误差的高阶导数，并建立惩罚函数；设计基于惩罚函数的运动参数观测器，并输出最优解。本发明可解决纯视觉条件下目标位姿及其高阶运动参数的同步观测问题，可同步观测到目标的位姿、速度和加速度信息。本发明方法具有观测维度深、观测精度高和收敛速度快的优点。