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目前，我国正处于工业化和城镇化加快发展的阶段。一方面，基础设施建设不断向城市周边扩张，曾经由于战争或军事活动而荒废的区域再次进入到人们的视线中。那些曾在战争及军事活动中布置或投放的地雷，炸弹等未爆物在施工过程中可能再次引爆，对人类的生命安全造成严重威胁，因此需要对其进行探测，挖掘或引爆以消除隐患。另一方面，近年来，随着海洋资源的开发利用和海洋经济的迅猛发展，世界各国对海洋资源的争夺日趋复杂化，我国港口及领海安全面临重大威胁，外来军事侦查、港口入侵、非法入境和海洋资源掠夺等安全问题日益突出。如何快速高效地探测、定位、跟踪地下及水下目标对人民的生命财产，国家的战略设施都具有深远的意义。 该论文主要开展磁异常探测方法研究，重点研究阵列磁力计系统的快速校正，铁磁目标的高精度实时定位，水下运动目标实时跟踪等方法与技术，开展主要工作和创新性成果如下: （一）研究目标磁异常信号的产生机理，通过解析与数值方法研究地磁背景下磁异常目标特征;系统研究磁梯度张量的性质，分析磁力计阵列的张量测量误差与测量基线的关系，给出五种磁梯度张量的测量结构，张量表达式以及结构测量误差;详细研究磁异常探测中存在的各种干扰噪声及相应的抑制方案。 （二）研究并分析磁力计各种误差的产生原因，建立准确的三轴磁力计误差模型。研究基于总场转向差的磁力计校正方法并进行仿真与野外实验。针对目前阵列磁力计系统校正算法中存在的不足，如对载体平台引入的干扰场的校正不理想，校正算法运算时间过长等问题，重新建立准确的阵列系统误差模型，并提出阵列磁力计系统的快速校正算法。相比于传统算法，本文提出的算法在大幅降低计算时间的同时能够有效的校正载体平台引入的干扰场。 （三）针对阵列磁力计系统，详细研究目前单点定位算法，针对现有定位算法的不足，如欧拉反卷积定位算法不适用于铁磁性目标，改进的欧拉反卷积定位算法对测量噪声十分敏感，STAR算法存在非圆误差测量精度不高等问题，提出改进的STAR算法。该算法采用迭代策略有效的补偿了传统STAR算法的非圆误差。仿真与野外实验表明，本文提出的算法收敛速度快，定位精度更高。 （四）针对复杂地形地貌（如丛林，滩涂等）下，传统车载系统对地下浅层目标探测能力不足的问题，本文设计并集成移动式小型磁异常单点定位系统。该系统在移动过程中能实时给出目标的定位结果，对不同尺寸的目标都有较远的探测距离，填补了国内在该领域的空白。 （五）研究基于阵列磁力计系统的目标实时跟踪算法，目前这类算法主要存在的问题有:只针对目标水平面的移动，未考虑水下目标的三维移动;只研究了匀速直线运动目标的跟踪算法，未考虑水下目标悬停等对跟踪算法的影响。针对上述问题，本文重构目标状态模型，并提出改进的PF算法用于目标的实时跟踪。利用野外实验对UKF、标准PF和本文提出的改进PF算法的跟踪性能进行验证。该算法能够很好的对目标的移动、悬停、转向等运动方式给出精确的跟踪结果。