本发明公开了一种基于图像跟踪与激光测距的无人机目标运动估计方法，其具体方法是首先采集数据并对数据进行预处理，基于目标加速度的当前统计模型建立扩展卡尔曼滤波算法的滤波模型，并利用扩展卡尔曼滤波解算目标位置与速度。本发明解决无人机利用光电吊舱（光电转台+激光测距仪）无法实现目标实时准确定位的问题，提出将目标定位问题视为多传感器数据融合问题，并基于目标加速度的当前统计模型利用扩展卡尔曼滤波实现目标运动状态实时估计。本发明提出的目标运动状态实时估计方法要求光电转台具备图像跟踪能力，定位方法适用于地（水）面静止目标或机动目标，可同时得到目标位置与速度信息。