Рассмотрена задача нахождения оптимальных оценок углов пространственной ориентации плоского элемента конструкции по измеренным прямоугольным пространственным координатам точек на ее поверхности. Проанализированы причины снижения точности оценок параметров плоскости, получаемых известными методами на основе минимизации квадратичной функции расстояний между плоскостью и точками. Обоснована необходимость учета дополнительных ограничений на параметры плоскости при решении задачи нахождения оптимальных в среднеквадратичном смысле оценок углов ориентации. Предложено три новых подхода к определению оценок азимутального и вертикального углов ориентации плоскости: на основе метода множителей Лагранжа (с учетом нормирования коэффициентов канонического уравнения плоскости); путем непосредственного нахождения минимума функции измерительных невязок по искомым углам; с использованием собственных векторов ковариационной матрицы пространственных координат точек. Приведены соотношения для вычисления средних квадратических погрешностей искомых углов ориентации. Сравнительный анализ известного и трех новых решений задачи, проведенный с использованием результатов моделирования, иллюстрирует преимущества и целесообразность применения вновь разработанных подходов