21世纪初的前后几年中,出现了航空磁场矢量分量测量以及全张量地磁梯度测量技术。作为地磁辅助导航研究的一个重要探索方向,以全张量地磁梯度测量数据为基础的惯性/地磁梯度辅助导航系统的研究,符合地磁场测量技术的发展趋势,并同时具备无源性、隐蔽性以及多源高效的匹配特征等优点。目前地磁梯度辅助导航技术的研究仍处于理论探索阶段,要付诸实际应用并实现工程化,仍存在许多问题亟需解决。论文以巡航导弹巡航段和末制导段中的实际应用需求为研究背景,在分析地磁辅助导航和磁异常目标探测等相关技术研究成果的基础上,重点围绕基于余弦变换的地磁梯度频域正演方法、实用基准梯度图联合构建及其数据压缩存贮算法、基于非线性滤波的惯性/地磁梯度辅助定位算法以及磁异常目标反演算法等关键问题开展研究工作。导航基准图是实现地磁梯度辅助导航定位的基础,然而由于全张量地磁梯度测量技术以及测量范围的限制,通过航磁测量获得大范围高精度实测梯度数据仍需要较长时间以及大量人力、物力。因此通过理论算法正演地磁梯度数据并实现导航基准图的构建是目前开展地磁梯度辅助定位研究的重要手段。为获取高精度全张量磁梯度数据,论文研究了基于余弦变换的频域快速正演方法,给出了在笛卡尔坐标系中x,y方向三种移相π/2的二维连续、离散形式余弦变换及其逆变换定义,并根据该定义,推导了移相π/2余弦变换时域微分定理。利用二维余弦变换以及移相π/2的余弦变换时域微分定理,探讨利用磁异常垂向分量计算全张量磁梯度数据的方法,推导了与傅里叶变换方法相似的统一公式,通过仿真算例与傅里叶变换方法比较,以理论模型和实测数据为参考,分析了两种频域正演方法的精度及余弦变换方法在边界区域可减少傅里叶变换方法存在的Gibbs效应的原因。当前国内外对地磁辅助导航研究,基本处于导航算法的仿真阶段,而对高精度小尺度导航基准图制备与修正的研究尚处于初期阶段。国际地磁参考场(International Geomagnetic Reference Field,IGRF)和世界磁场模型(World Magnetic Model,WMM)重点反映地球主磁场,没有体现地壳异常场中较短波长的信息,在刻画区域地磁场时其精度较低,无法满足辅助定位的精度要求;而目前实测地磁场数据由于受到测量条件和技术的限制,不能直接生成导航用数字基准图。对于导航区域内地磁梯度基准图构建的研究,必须融合广泛的数据源。本文提出利用高精度数字高程模型(Digital elevation model,DEM)数据以及虚拟地磁场数据正演区域磁梯度数据的设想,推导了正演理论公式,并结合地磁场模型实现了多数据源地磁梯度导航基准图联合构建。随着地磁场测量技术的发展,航空地磁测量的范围将逐渐扩大,测量精度和数据分辨率也会大幅提高,同时基于卫星、航空、船测地磁数据的导航基准图构建方法的日益完善,使得数据库中数据量剧增。因此需要研究大规模高精度导航数据的压缩存储以及快速实时重构算法,以增强巡航导弹弹载导航基准图的容量及分辨率,满足导弹为规避反导系统追踪而临时改变航线的导航需求。而传统数据压缩方法存在轮廓、纹理等高频细节信息损失严重的问题。为保留这些导航定位所必需的关键特征信息,本文提出一种基于压缩感知理论的数据分频压缩及联合重构方法,即在余弦变换的频域中对数据进行分频压缩编码;在数据重构算法中引入压缩感知理论,利用局部余弦变换系数作为线性测量观测值,通过解决小波变换域l1范数和时域稀疏梯度全变差正则化的模型,精确重构原始数据的高频信息。针对现有辅助导航/制导模式在巡航导弹巡航段和末制导段中存在的问题,利用本文构建的高精度地磁梯度导航基准图,开展了地磁梯度辅助定位滤波算法及磁异常目标探测技术的研究。提出了基于全张量地磁梯度数据的辅助定位方法,针对导航系统的非线性问题,建立了基于粒子滤波算法的惯性/地磁梯度辅助导航系统状态方程和观测方程,通过仿真实验,验证了算法的定位精度和鲁棒性。并研究将全张量地磁梯度分量应用于改进磁异常目标探测方法,以增强磁性目标的识别效果,同时将多种磁异常目标识别方法与全张量地磁梯度辅助定位算法相结合,建立统一的粒子滤波模型,实现了巡航导弹在末制导过程中对磁异常目标的识别。