航空重力测量是一种恢复中高频段地球重力场的有效手段，可以在任意区域快速经济地获取高精度、大面积、高分辨率的重力场数据，在大地测量、资源勘探以及军事等领域发挥了重要作用。为了发展我国新一代的航空重力测量系统，本文首先对航空重力测量的发展历史和相关理论作了系统的回顾，之后针对航空重力测量数据处理的若干关键技术问题进行了深入的研究，主要研究工作如下：

(1) 利用航空重力测量误差方程分别从位置、速度、加速度、姿态误差4个方面对航空重力测量的精度要求进行了分析，结果表明现有技术可以满足mGal级重力测量系统研制的要求。之后，利用功率谱密度从频域分析了航空标量重力测量系统在不同飞行高度恢复重力场的能力及影响因素，给出了航空重力测量系统的频谱窗口。分析表明，制约频谱窗口提高的最重要因素为GPS载体加速度误差。

(2) 介绍了CHZ重力仪的基本原理和技术特点，以实测的空中重力异常数据及机载GPS动态加速度数据作为CHZ重力仪运动方程的输入，对CHZ重力仪的阻尼系数、时间响应等动态性能进行了研究。结果表明，CHZ重力传感器阻尼系数在800左右时能够同时满足时间响应和抑制噪声的要求，该重力仪可以用于固定翼飞机的航空重力测量。

(3) GPS载体加速度的确定以及重力异常的高频噪声滤波是航空重力数据处理的关键技术。本文首先分析了差分GPS和精密单点定位方式计算的载体加速度的精度，表明采用60s滤波尺度即可满足航空标量重力测量的要求。利用FIR低通滤波器、小波阈值滤波、连续小波低通滤波3种滤波方法处理了格网的重力异常并与地面延拓值进行了比较。结果表明，FIR滤波器以及连续小波低通滤波器均可获得与地面重力一致的结果。重点介绍了连续小波函数相比于其他滤波器的优势，本文的计算证实了该方法在航空重力数据滤波中的适用性。

(4) 相比于频域滤波，参数估计方法无需确定重力信号的截止频率即可对重力观测值进行直接估计。本文根据重力仪运动方程以及二阶高斯-马尔科夫模型构建了航空重力测量的Kalman滤波模型，相比于其他参数估计法，该方法有效克服了观测方程不适定的问题。最后利用一条实测数据对方法进行了初步计算，结果表明如要提高该方法的估计精度，则须构建符合实际的协方差矩阵。

(5) 载体姿态可以为重力传感器提供测量基准及计算偏心改正。本文给出了利用GPS天线阵计算载体姿态的具体方法并进行了误差分析，分析表明GPS姿态精度与基线长度及GPS天线的安装方式直接相关。设计的车载与摆杆试验验证了GPS天线阵定姿的精度和可行性。最后，利用摆杆试验的姿态研究了动态重力测量的偏心改正计算方法。结果表明：在航空重力测量中偏心改正对自由空气重力异常、厄特弗斯改正以及垂直加速度的影响应加以改正。