石油资源的日益枯竭是人类社会发展过程中面对的一个重要难题。为提高现有油田的采油率，丛式结构井、绕障井、多分支水平井、连通井等高难度油井的施工数量不断增加。随钻测量中定向探管的磁测量参数的可靠性直接影响井眼轨迹能否按设计轨迹准确施工。因此如何提高定向探管的磁测量精度并建立高精度（10nT以内）探管标定系统，是各大石油公司重点研究课题之一。通过研究随钻测量中定向探管的实际工作状态，与胜利油田钻井院测控所一起确立了有源磁场标定系统的研究目标：研制出一套基于三轴亥姆霍兹线圈的有源磁场标定系统，该系统可抵消地球磁场和实验室周边环境磁场并能产生定向探管标定所需均匀稳定磁场。具体研究内容包括三轴亥姆霍兹线圈系统设计、三路电流源设计、标定系统磁场测量方法和溯源方法研究、地磁场抵消和不同矢量人工磁场的产生、标定系统控制软件的设计。首先，分析了定向探管标定系统和三轴亥姆霍兹线圈的国内外研究现状，并对地球磁场做了一定的简介。根据研究目标确立了标定系统的技术研究路线，构建了有源磁场标定系统的模型，该模型由三部分组成：三轴亥姆霍兹线圈磁场发生器系统、磁场测量和溯源系统以及标定系统软件。并对亥姆霍兹线圈产生均匀磁场的原理、高精度弱磁场测量和溯源方法进行了介绍，对圆形和方形亥姆霍兹线圈相关参数进行理论推导和计算。对理论计算得到的亥姆霍兹线圈参数使用Ansoft进行了磁场仿真，验证了理论计算的可靠性，说明了三轴方形亥姆霍兹线圈在实际应用和磁场均匀区域上优于圆形线圈的原因，在此基础上设计出了适用于实际工程的三轴方形亥姆霍兹线圈参数。其次，分析了与三轴亥姆霍兹线圈磁场发生器相配套的磁场测量方法，简述了三路电流源和三轴无磁转台的使用方法并设计了匹配的微型三轴磁通门及数据采集、处理方法。重点阐述了目标磁场和加载电流之间函数关系的推导过程，为整个三轴亥姆霍兹线圈能够准确抵消地磁场以及产生不同矢量的人工磁场提供了理论指导。标定系统控制软件的设计简要介绍了三路电流源的控制、磁场测量系统控制和数据处理、磁场反馈及磁场偏差的处理方法。最后，阐述了放置标定系统所在实验室的环境要求,并测量了钻井院测控所实验室现场的磁场环境，对所测数据进行分析处理找出放置三轴亥姆霍兹线圈的最佳地点。之后在搭建完成的实验平台进行的试验，利用所测数据求解了目标磁场和加载电流之间的系数，并通过软件修正了线圈所产生磁场的偏差。实验结果表明本文所设计的三轴方形亥姆霍兹线圈有源磁场标定系统达到了课题立项时的各项技术要求，人工磁场精度控制在10nT以内，磁偏角和磁倾角偏差小于0.01°。