高精度重力场模型是国家重要的战略信息,对科学研究、资源勘探、国防建设至关重要。作为获取全球重力场模型的最有效手段,天基重力场测量得到了广泛重视。同时,欧美竞相开展了下一代天基重力场测量研究,为进一步提高重力场测量精度开辟了新的途径。天基重力测量在改善重力场模型精度的同时,也面临着一系列理论问题亟待解决。本文建立了天基重力测量的解析理论体系,并结合卫星编队飞行技术,开展了编队重力场测量解析理论与实现方法研究。首先,从天基重力场测量的基本原理出发,提出了天基引力敏感器的科学概念,据此将天基重力场测量分为三种方式,分别是绝对轨道摄动重力场测量、长基线相对轨道摄动重力场测量、短基线相对轨道摄动重力场测量,从而确立了天基重力场测量的研究体系。然后,分别针对三种天基重力场测量方式,研究了轨道参数、载荷指标等任务参数对重力场测量性能的影响规律,进而基于频谱分析法建立了重力场测量阶误差方差与任务参数之间的解析模型,从而得到了重力场测量的有效阶数、大地水准面误差和重力异常误差。进一步,根据该解析模型,提出了轨道参数优化设计方法和载荷性能匹配设计方法,为重力场测量任务最优设计提供了理论基础。随后,研究了三种天基重力场测量方法的内在联系,并建立了不同测量方式中任务参数之间的等效转换关系,如果不同测量方式中的任务参数满足等效转换关系,则它们具有相同的重力场测量性能,并验证了等效转换关系的正确性,由此证明了三种测量方式在物理机理上的一致性,从而得到了天基重力场测量的统一描述体系。进一步,基于径向、法向短基线相对轨道摄动重力场测量概念,根据等效转换关系提出了径向、法向长基线相对轨道摄动重力场测量的理论概念,突破了传统长基线相对轨道摄动重力场测量仅有迹向跟踪测量的局限,从而扩展了天基重力场测量的范畴,为不同重力场测量方式的综合应用提供了分析工具。最后,结合卫星编队动力学理论和天基重力场测量理论,建立了卫星编队重力场测量解析模型,分析了轨道参数、编队构形参数、载荷指标对重力场测量的影响规律,提出了卫星编队重力场测量的基本构形,建立了编队构形优化设计方法和载荷性能匹配设计方法,为编队重力场测量任务优化设计提供了理论支撑。本文建立了天基重力场测量的解析理论体系以及卫星编队重力场测量实现方法,将为我国重力卫星任务的顶层规划与设计提供理论指导。