航空磁测作为一种重要的地球物理勘探手段,具有探测效率高、适应地形能力强等特点。与传统的总场和总场梯度测量相比,航空三分量磁测可以获取更加丰富的磁场信息,有利于对磁异常进行定性分析和定量解释。然而,由于地磁场随时间和位置变化所产生的磁日变对三分量磁测数据质量的影响不可忽略,因此消除磁日变的影响是提高航空磁测精度的重要环节。我国地磁台站数量少,分布不均,若采用地磁台站测量的磁日变信息进行航空三分量补偿,精度较低。为了获取高精度的地磁日变化信息,本文基于磁通门传感器和差分GPS方位角测量方法,设计了一种地面三分量磁日变测量装置。本文首先介绍了磁日变起源,地磁场七要素及其相互转换关系,分析了基于磁通门传感器的磁日变观测原理,并基于此原理提出了利用差分GPS技术寻找地理北实现磁通门三轴定向的方法。由于磁通门磁轴与望远镜光轴不严格平行存在定向误差,对三轴定向方法进行了优化设计。理论分析了整个观测过程可能带来的误差,通过正倒镜观测法和增大测点到标志物距离等措施减小误差。根据磁通门传感器的工作原理及信号输出特性,设计了低噪声信号采集模块硬件电路模块,包括信号调理电路、模数转换电路、主控制器电路、存储、显示及电源等。进行了主控制器软件和上位机软件的开发,其中上位机主要包括LabVIEW调试界面和GPS数据处理程序。三分量磁日变测量装置研制完成后,对其进行了测试标定和野外实验。对AD采集卡进行了短路噪声测试,频谱分析后得出信噪比优于120dB,能够满足磁通门传感器分辨率为0.1nT的检测指标。设计了磁通门非线性校正实验,标定了电压与磁场的转换系数,结果与Bartington公司校正后的Spectramag-6标准采集单元数据一致。在野外对磁日变测量装置进行了整体测试,通过与地磁台站的磁日变数据对比,结果表明二者数据具有一致性,证明研制的磁日变测量装置具有实际应用意义。