本发明公开了一种采用主动磁场抵消的非屏蔽矢量SERF原子磁梯度仪。包括地磁补偿线圈，初步抵消算法模块，闭环反馈抵消算法模块等。SERF磁力仪的原理限制了碱金属气室(磁敏感原件)必须工作于极弱磁场下，因此采用线圈对环境磁场进行主动抵消。在系统启动时，初步抵消算法模块通过不断降低磁共振频率使磁总场逐步逼近于0，进入SERF工作模式后自动形成闭环反馈进行磁场精密抵消，三轴线圈的控制信号通过换算可得三轴磁场矢量值。通过对检测光分为两部份或多部份分别探测，可形成磁梯度测量或阵列测量。通过改变锁相放大器的解调相位可进行磁测灵敏度优化。本发明具有高灵敏度与便携的优点，可应用于深空探测，海洋调查，矿产资源勘查等领域。