Se presenta un enfoque mejorado para la medición de la pose relativa entre un objetivo y una nave espacial perseguidora. El método seleccionado se basa en una sola cámara, que puede montarse en la nave perseguidora, y una pluralidad de marcadores fiduciales, que pueden montarse en la superficie externa del objetivo. El procedimiento de medición comprende una solución en forma cerrada del problema de Perspectiva desde n Puntos (PnP), un procedimiento de Consenso de Muestra Aleatoria (RANSAC), una optimización local no lineal y un refinamiento global de Ajuste de Paquete del mapa de marcadores y las poses relativas. Se realiza una caracterización metrológica del sistema de medición utilizando un conjunto experimental que puede imponer rotaciones combinadas con una traducción lineal y puede medirlas. Los errores de medición de rotación y posición se calculan con instrumentaciones de referencia y sus incertidumbres se evalúan mediante el método de Monte Carlo. Las pruebas experimentales en laboratorio destacan las mejoras significativas proporcionadas por el refinamiento del Ajuste de Paquete. Además, se definen un conjunto de posibles parámetros físicos influyentes y se analizan sus correlaciones con los errores y las incertidumbres de rotación y posición. Utilizando tanto coeficientes de correlación cuantitativa numérica como representaciones gráficas cualitativas, se determinan los parámetros más significativos para los errores y las incertidumbres de medición finales. Los resultados obtenidos brindan indicaciones claras y consejos para el diseño de futuros sistemas de medición y para la selección de la posición de los marcadores en la superficie de un satélite.