光学经纬仪的用途是跟踪观测气球，并确定气球的仰角和方位角来计算高空风，是较简便的、曾经广泛应用的高空风测量仪器。

光学经纬仪测风方法有单经纬仪测风和双经纬仪测风两种。单经纬仪只能测定气球的角坐标，并利用气球升速和升空时间来计算气球高度，这种方法高度的测量误差大，测风准确度低，一般只在数千米高度以下使用。双经纬仪测风是根据位于选定基线两端的两台经纬仪同步跟踪观测气球获得的角坐标，通过几何图解或计算，得出各高度上的平均风向、风速。通常可作为高空风测量标准。光学经纬仪测风一般只适用于能见度好的少云晴天，夜间必须在气球上挂灯笼或其他可见光源；阴雨天气则只能在气球可见的高度内测风。

18世纪中叶以来，人们先后用风筝、载人气球携带仪器进行直接探测高空气象要素（包括高空风）的试验。1896年在欧洲组织国际间的探空气球探测试验，是高空气象观测站网的雏型。随着气象气球和光学经纬仪的发展，逐步建立了小球经纬仪测量高空风的方法。