地震动观测作为地震工程学科的一项主要研究内容，广泛服务于防震减灾领域。由于地震波在地面和结构中的传播过程极其复杂，其在时间和空间上的对应关系难以用解析的数学公式进行描述。但从总体来说，其在某一时刻的运动需要用三个平动分量和三个转动分量来描述，即场地和结构在地震动作用下的运动应该是一种六自由度的复杂运动。大量的震害调查和深入的理论研究使人们意识到地震动的转动分量应当和平动分量一样受到足够的重视。因此六自由度的地震动观测技术成为地震工程学科里亟待解决的难点问题。本文通过对在航空和航天领域中日益受到重视的无陀螺捷联惯导技术进行深入的分析和研究的基础上提出了适合于六自由度地震动观测的八加速度计组合测量方法。为能真正实现六自由度的地震动观测，进行了理论上和技术上的初步研究。本文所研究的内容主要有以下几个方面。　　针对六自由度地震动观测的特点和要求，研究了利用八力平衡加速度计测量六自由度地震动的方法。推导出力平衡加速度计的输出与测量目标的三个平动加速度和三个转动加速度之间的数学关系。详细研究了基于无陀螺捷联惯导方法的六加速度计和九加速度计组合测量刚体六自由度运动的方案。提出八加速度计组合测量方案，并与另外两种方案的位置-姿态误差进行了深入细致的研究和对比分析。结果表明八加速度计组合测量方案优于其它两个方案，最适合于六自由度地震动的测量。　　由于力平衡加速度计在地震动测量研究中的大量使用，导致相应的测试和校准设备难以满足实际需求，为此研究了力平衡加速度计的在线测试和校准方法。论文中给出了力平衡加速度计参数形式的传递函数推导结果。通过在超低频标准振动台上进行力平衡加速度计的动态特性实验研究发现超低频标准振动台既不能保证测试结果的准确性，也满足不了目前我国地震动观测台网的建设和发展的需求。为此提出了一种基于DSP的力平衡加速度计在线测试和校准系统。研究了力平衡加速度计传递函数的频域辨识方法-Levy法。将基于DSP的力平衡加速度计在线测试和校准系统与Levy法结合，实现了实时在线获得力平衡加速度计的各种静态和动态特性参数。　　力平衡加速度计在用于六自由度地震动观测时需要进行一定的改造以提高其灵敏度，相应的其频带也会变窄，结果会导致输出信号相对于输入地震动信号有较大的误差，为此需要利用反卷积技术来恢复输入地震动信号。通过对一维的Wiener滤波器反卷积和小波域Wiener滤波器反卷积方法进行研究知道这两种方法不适合用于输入地震动信号的恢复。针对Wiener滤波器反卷积效果很差且不能根据力平衡加速度计的动态特性参数变化进行调整的问题，提出了基于自适应RLS算法设计地震动信号恢复FIR滤波器进行输入地震动信号恢复的方法，有效解决了力平衡加速度计输入地震动信号的恢复问题。　　由于六自由度地震动观测系统相对于常规地震动观测系统来说功能比较繁琐和复杂，对硬件系统的运算和处理能力要求较高，为此采用系统级FPGA作为系统的硬件核心。在增加了系统的集成度的同时也提高了系统的可靠性。根据六自由度地震动观测系统的各个功能模块对系统级FPGA的资源需求情况、实时性方面的要求以及相关算法的复杂程度，对软硬件体系进行了划分。利用分布式算法解决了FIR抽取滤波器和信号恢复滤波器的FPGA实现问题。利用系统级FPGA的存储器资源和数学运算资源丰富的结构特点研究了radix-2快速傅里叶变换的实现问题。为了验证相关算法，采用了基于EFX-SP3400开发系统的板级验证的形式。利用ChipScopePro在线调试分析工具，在EFX-SP3400开发系统上成功验证了用Verilog硬件描述语言描述的有符号算数运算、FIR滤波器和快速傅里叶变换等算法。