航空重力梯度测量可以有效消除或抑制机载移动平台的共轭噪声干扰，提高重力异常在高频段的信号能量，但牺牲了其在低频段信号能量。根据重力梯度仪能同时测量的梯度分量，航空重力梯度测量可分为部分张量航空重力梯度测量和全张量航空重力梯度测量。相对于航空重力测量，航空重力梯度测量能同时获取三维空间上的多个不同梯度分量。每个梯度分量包含了丰富的高频地质信息，能更好地描绘地下浅层小的地质特征。航空重力梯度测量以其高效性、信息量大、精度高、分辨率高、干扰小等优点在固体矿产、石油和天然气、军事等领域中得到广泛应用。

重力梯度张量为地质体引力位在笛卡尔坐标系三个方向上的二阶偏导数。这些导数组成了重力梯度张量矩阵：

     …（1）

其中，

    …（2）

所以，矩阵为对称矩阵即满足，，。

由位场理论可知，引力位在自由空间满足拉普拉斯方程：

   …（3）

根据方程（2）和（3），可以知道其中只含有五个独立的梯度张量成分。各个重力梯度分量具有明确的地球物理意义：①。突出地下目标体的所有边界，有助于主要质量异常形状逼近的理解，且是直接用于解释的最简单的数据。②和。增强地下目标体的南北向（N-S）边界和东西向（E-W）边界。③和。根据地下目标体产生的正的和负的梯度值的分界线定义南北向和东西中心轴，同时也帮助显示南北和东西趋势边界，确定断层的上盘和下盘，分析断层趋势。④。描绘目标地质体的角点位置信息。

航空重力梯度测量工作可概括为三个阶段，即数据采集、数据处理和数据解释。在数据采集之前，需在地面进行重力梯度仪关于飞机平台的自身梯度校正，获取用于后期飞机飞行过程中随俯仰角、侧滚角和航向角变化的自身梯度校正系数。数据采集过程中，需对测量数据进行实时质量控制，主要包括重力梯度张量对角线和、位置、陀螺仪温度、重力梯度仪温度和北向、东向、垂向加速度。重力梯度仪实测重力梯度数据需经过一系列的处理步骤才能得到最终用于解释的成果梯度数据。主要的步骤有：高速率后任务补偿、地形改正、自身梯度改正、调平处理和多梯度分量联合滤波。