磁异常探测是地球物理探测的重要组成部分,相较于其他非磁探测技术,磁异常探测技术有着较强的隐蔽、识别、定位能力,且受环境限制少,目前在军事和民用等领域发挥着巨大作用。基于磁梯度张量的磁探测技术以磁梯度张量作为信息源,可以获得更丰富的信息,是目前应用最广泛的磁探测技术之一。西方科技强国早在上世纪四十年代便展开研究,目前已取得一些试验成果,而我国起步较晚大多还停留在理论层面,迫切地需要突破技术壁垒,因此开展磁梯度张量定位技术研究具有重要的意义。本文首先对磁探测定位方法和张量测量系统的国内外研究现状进行了阐述,然后分析磁异常产生的机理,对于目前磁探测领域的前沿发展方向,即磁梯度张量探测进行深入研究,介绍了磁梯度张量探测技术中磁梯度张量的基本理论。针对五种常见的张量测量系统构型,对每种构型下系统测量梯度张量的原理进行了推导。分析不同构型的优缺点,因十字形构型张量测量误差较低且结构简单,最终本课题选择使用十字形构型搭建磁梯度张量测量系统。其次,建立磁偶极子模型,结合磁梯度张量理论,详细阐述并推导了三种基于磁梯度张量信息的目标定位算法原理,分析各算法的优缺点,最后针对三种定位算法的不足,提出了一种基于磁梯度张量几何不变量的目标定位算法。仿真试验表明该方法消除了背景地磁场,降低了干扰磁场噪声的影响,不受方向角度限制,且定位精度有了较大提升。而后,进行磁梯度张量测量系统误差展开研究,分析单个传感器制造误差及测量系统非对准误差的产生机理,建立误差模型,最后提出一种基于多传感器正交系间线性关系进行误差校正的方法,仅需采集4组姿态信息即可完成校正。仿真分析中误差角度预测精度高于99.7%,实测校正后张量分量RMSE值降低到65n T/m以内,有效提高了张量测量系统的探测精度。最终,设计试验验证了磁偶极子模型的正确性,搭建磁目标定位系统进行现场定位试验。试验结果表明磁目标定位系统对小型铁磁体在6m内定位误差小于5%,在6m～8m内定位误差小于10%,具有良好的定位效果,为磁目标探测定位提供了一种可行的方案。