航空磁测是地球物理勘探的重要组成部分，是磁法勘探和航空技术的结合，也是国家中长期发展规划的重点支持内容。随着电子技术和数据处理技术的提高，航空磁测已步入磁张量的测量阶段。德国、美国、澳大利亚等国率先进行航空全张量磁梯度探测系统的研究，并取得一定的成果，而磁张量探测的相关技术，是属于限制出口的尖端技术，只能密切关注，我国航空磁测起步较晚，在该领域内存有空白，因此研制我国自主开发的磁张量系统具有重要的意义。本文的宗旨是通过设计磁张量仪的结构、分析磁张量仪的测量误差因素以及探索磁张量仪在航空磁测中的应用，为后续更好发展磁张量系统提供一定的参考。本文简述了磁张量探测的原理及磁张量自身的特性。根据国外磁张量系统的设计理念，采用4个高精度的三轴航空磁通门磁力仪搭建张量结构，介绍了5种磁张量的基本结构，分别为十字形、三角形、正方形、直角四面体和正四面体结构，推导出了各自的张量计算公式，并仿真出相应的测量特性，得出十字形的磁通门张量结构最优，其次为正方形、三角形、正四面体、直角四面体。分析了磁通门张量仪的测量误差，张量仪的误差不仅含有单个磁通门磁力仪的误差，又存在多个磁力仪间性能不一致导致的误差，在安装过程中可能也会引入安装误差。另外，在测量过程中，除受地磁场的干扰外，还会受到飞行器及其他电气元件带来的硬磁干扰和软磁干扰。利用张量探测原理中B_xy等于B_yx的特性，对仪器的测量误差进行了修正，从仿真结果来看，使误差得到了一定的改善，但并不能完全修正，尤其在地磁干扰的情况下，修正结果不可信。磁通门张量仪实物样机组装好后，以磁性材料分布均匀的铁球作为磁源目标，进行了磁通门张量仪的室内功能性验证实验，探测结果与理论仿真的结果一致，证明了十字形结构的磁通门张量仪是可行的。结合航空磁测技术规范，设计了针对于磁通门张量仪的技术规范和操作流程，规定野外实验飞行前，必须检测磁张量仪各探测通道数据的一致性，提出以相关系数作为衡量标准，当相关系数大于0.8即认为通过了一致性检测。以吊车为运载平台，以运动的汽车为探测目标，进行了磁通门张量仪的野外实验，实验获得了磁张量分量数据，但受误差因素影响，数值并不准确，需要进行校正。近年来我国水域环境面临不断的挑战，针对这一问题，本文提出以磁张量的方法进行水下目标的探测，定义了磁张量法的搜索概念，提出探测模型，仿真了磁张量法的搜索效能。最后，对本文所做的工作进行了总结，分析了本文研究存在的不足，并展望了下一步工作内容。