磁梯度张量系统（MGTS）二维平面网格测量常用于磁性目标识别，但其测量难度大、采集效率低、仪器精度要求高，为此提出一种基于MGTS单航线测量的磁性目标模式识别方法。首先，对磁梯度张量分量、特征值、不变量等15个属性量进行磁化方向敏感程度分析，其中对磁化方向较敏感特征量用以识别目标姿态，而不敏感特征量用以识别目标形状；然后，进行MGTS单航线测量，提取测量特征量的时域信号波形特征参数，并设置相应类别标签，主成分分析（PCA）降维方法用以实现特征可视化并确定最佳特征维数；最后，利用麻雀搜索算法优化的核极限学习机（SSA-KELM）对航线测量样本数据进行训练和测试，最终实现磁性目标的模式识别。仿真中对磁偶极子的不同磁化方向类别和球体、长方体和圆柱体等几何体的不同形状类别的识别精度均达到100%；实验中针对3种形状磁铁及其3类姿态共测量了180条学习航线，在6：4的训练测试比下，磁铁姿态和形状识别结果完全准确。

为了实现不同位置、磁矩和埋深的多个磁偶极子同步定位，提出通过自适应模糊c-means（Adaptive Fuzzy c-means Clustering， AFCM）聚类和张量不变量进行磁目标多源定位的方法。首先，在磁梯度张量系统的二维平面网格测量基础上，利用归一化磁源强度和张量缩并的不变量改进倾斜角对目标二维分布区域进行预识别。然后，利用张量衍生不变关系定位方法计算识别区域内各节点处的磁偶极子初始位置三维坐标，这些坐标将在磁源的真实位置空间周围形成稠密点云。最后，AFCM聚类算法将对这些初始位置解集点云进行三维聚类并自动检测簇质心数目，估计的簇质心数即为目标数量，簇质心即为目标位置坐标，张量矩阵和位置矢量可用于目标磁矩计算。仿真数据集表明，在5 nT/m方差的高斯噪声环境下，对20个磁偶极子目标数目估计精度为100%，水平位置估计精度大于91.7%，埋深估计精度大于85.6%；实测中，在2.1 m×2.1 m和1.2 m×1.2 m测区内对多个小型磁铁的坐标估计偏差小于0.091 m。

为了研究磁梯度张量系统（Magnetic Gradient Tensor System， MGTS）的理论探测极限，利用磁偶极子正演公式、张量矩阵特征方程和张量不变量推导了差分磁梯度张量测量范围公式，提出了MGTS理论探测极限估计方法。利用磁梯度张量空间衍生不变关系定位方法估计目标体磁矩，并利用差分计算原理在背景场静态采样中估计MGTS的张量分量测量准确度。利用提出的方法估计现场MGTS的理论探测极限。滑动磁性物体远离MGTS并进行连续采样，记录张量信号实际可观测范围并对估计结果进行验证。结果表明，MGTS的理论探测极限与基线距离d、测量准确度q、目标磁矩强度M、观测点与目标磁矩间夹角θ等有关；d越长，q越高，M越大，MGTS理论可探测距离越远；d越长，观测距离越近，MGTS测量的理论误差越大；探测距离在MGTS平行于磁矩方向时最大，在垂直于磁矩方向时急剧减小。实验表明，平面十字形MGTS针对4个典型磁铁的探测极限估计准确度为±0.4 m。