海洋重力数据是海洋地球物理重要信息,在地球物理、矿产资源勘探、军事运用和火箭发射等方面都有广泛应用。卫星测高和船载重力测量可获得数公里乃至更大区域的海面重力特性,但较小规模（亚公里）的海底地质特征仍需结合水下和近海底调查,以克服离势场源过远所造成的信号衰减。水下移动重力测量能够连续实施近水底的重力勘测,如使用自治水下无人航行器（AUV）还能允许水面母船同时执行多个任务,进而降低水下重力测量相关的高成本和准入门槛,是未来海洋重力测量发展的重要方向。相对于普遍采用的航空、船载移动重力测量,水下移动重力测量无法使用卫星定位信号,需要使用水声定位、捷联惯导以及深度计等多种辅助定位设备才能得到准确三维位置,同时水下航行物体运动姿态与飞机、舰船航行有较大区别,对于重力测量的影响机理不同。本文从水下移动重力测量应用需求出发,以AUV搭载捷联式重力仪为主要研究方向,结合理论研究、实航数据和实验分析,分别建立了水下移动重力测量模型、分析了AUV平台对重力测量的影响、设计了有效的重力测量平台、提出了适于捷联式重力仪的算法和数据处理流程,并通过湖上实验验证了软硬件平台的合理性和可行性。论文的主要工作和成果主要包括:（1）研究了水下移动重力测量的基本原理和方法,建立了水下移动重力测量模型和相应的误差模型,重点分析了捷联式重力仪姿态、位置和速度等误差源。讨论了1 mgal精度的可行性以及对水下定位设备的性能要求。经计算,在重力传感器与捷联式航空重力仪一致、水声定位系统定位精度达到测量斜距的0.5%、水压深度计测深测量精度达到5 cm且多普勒计程仪测速精度达到0.1 m/s的情况下,可以确保水下移动重力测量达到精度要求。（2）分析了AUV作为搭载平台,其水下运动对重力测量的影响（本文称为诱导重力）,推导了矢量重力测量的诱导重力计算公式,基于国内自主研发的三型AUV实际海上航行数据,计算了相应的诱导重力。对于矢量重力测量来说,应当使用排水量较大的AUV,并通过总体优化设计尽量减小定深航行时的俯仰角和航向角,同时在实施测量时严格控制转向和加减速运动;对于标量重力测量来说,采用多推进器组合方式的AUV是实施水下移动重力测量的最佳选择,重力仪布置在距运动中心X轴方向上大于4 m时、Y轴方向上大于2 m时,诱导重力将大于1 mgal。（3）设计了1套基于AUV的水下移动重力测量平台,包括平台总体、控制系统、导航系统、载荷和重力测量系统设计,建立了8个推进器的控制模型,采用了水下航行模糊控制方法的AUV重力测量平台控制系统。分析了水下移动重力测量对导航设备的性能要求,设计了由INS+DVL、DGPS+SBL、水压深度计、水声高度计和避碰声纳等设备组成的组合导航系统并进行了设备选型,导航系统同时提供重力计算所需的水下位置、速度及深度信息。（4）围绕水下移动重力测量所需的精确位姿估计问题开展了融合估计方法研究,研究了在误差状态下的间接估计模式和位姿状态下的直接估计模式,通过推导状态演化方程建立了状态模型;根据外部量测方程构建了观测模型,分别形成了间接模式与直接模式的数据融合状态空间模型。在此基础上,针对间接模式方法的数值问题提出了改进算法;针对直接模式连续-离散状态空间模型的求解问题,提出了连续时间更新的数值积分方法与离散观测更新的虚采样迭代方法,形成了直接模式位姿估计的连续-离散迭代扩展卡尔曼滤波（CD-IEKF）算法。通过工业级GNSS模拟器生成的不同载体运动数据与不同精度等级IMU的仿真测量数据验证了该方法的有效性。（5）构建了由AUV重力测量平台、重力仪和测量船组成的水下移动重力测量验证实验系统,于2020年1月在武汉市木兰湖水域沿着同一路径先后进行了4条水面测线、2条水下测线的移动重力测量,采用重复测线评估重力测量,精度达到0.42 m Gal,验证了水下重力测量与水面测量的一致性,证实了水下移动重力测量的可行性;进而基于本文提出的CD-IEKF算法进行了重力测量数据处理与重力提取,得到调整后重力异常测量的内符合精度为0.16 m Gal,证明了本文提出的算法具有较好的初始条件鲁棒性和动态估计性能。（6）讨论了不同形体的重力梯度理论模型,建立了均质半球体、质点和长方体引起的重力梯度及其空间分布。以美国俄亥俄级弹道导弹核潜艇为例,重点研究了密度不均匀物体的重力梯度信号及其测量问题,包括潜艇外壳和内部质量亏损引起的重力垂直梯度异常,计算了在不同的重力梯度仪器精度条件下对典型潜艇的探测距离,按照潜艇与AUV高度差500 m进行分析,重力梯度仪精度达到10^-4E（E（?）tv（?）s）时,搜索宽度可达830 m。