本发明提供一种具有较高精度的火星高层大气风场及密度反演方法。具体实现方法为构建进入圆球的大气阻力加速度与大气风速、密度等参数间的关系，使用加速度计和陀螺仪等惯性组件联合确定进入圆球的轨迹姿态参数，基于加速度计测得的大气阻力方向实现大气风场参数反演，基于大气阻力模值及大气阻力系数建模实现大气密度反演。本发明具有精度高，低成本的优点，有效载荷仅包括一个三轴加速度计和一个陀螺仪，基于精密仪器给出的高精度数据可得到高精度的结果，可以基于微纳卫星平台实现，在此基础上组建微纳卫星探测星群，可实现对火星高层大气的全覆盖探测。