本发明公开了一种旋翼无人机机载视觉探测与多目标定位系统，属于定位导航与控制技术领域。包括机载子系统和地面监视子系统，机载子系统包括视频采集单元、图像处理单元和图传发射端，视频采集单元采集的图像由图像处理单元处理后经图传发射端发送到地面监视子系统；地面监视子系统包括地面站和与地面站连接的图传接收端，图传接收端与图传发射端通信。本发明结构紧凑，与旋翼无人机实现完美的融合，便于旋翼无人机的飞行与控制，从而有效保证了目标定位的精度并实现多目标定位。本发明还公开了上述旋翼无人机机载视觉探测与多目标定位系统的实现方法。