陀螺仪是一种惯性传感器,用于测量载体相对于惯性空间的角速度。与传统陀螺仪相比,硅微机械陀螺体积小,重量轻,功耗低且适合大规模生产,使得其在民用和军用领域具有广阔的应用前景。然而,微机电惯性仪表在应用中逐渐暴露出了力学及温度环境适应性差的缺点。因此,如何解决其在力学及温变环境下的稳定性和可靠性问题,是实现微机电惯性仪表在工程中应用的关键。硅微机械陀螺的同相耦合误差无法从陀螺仪的角速率信号中分离出来,且易受温度和应力等因素影响,对陀螺输出的稳定性有很大的影响。本研究拟进一步明确硅微机械陀螺的同相误差耦合机理,借鉴动量矩矢量换向理论,通过驱动模态周期反转的方法实现硅微机械陀螺同相耦合误差的在线自补偿,改善其零偏稳定性。首先,基于自主研制的硅微机械陀螺进行了误差分析,主要包括正交误差和同相误差。正交误差经相敏解调消除后,同相误差成为主要误差项,其主要来源于陀螺内部梳齿结构间隙的不对称,且易受应力、温度等因素影响。建立了驱动梳齿间隙改变引入的同相耦合误差理论模型,为自补偿技术的研究提供理论指导。其次,针对驱动梳齿间隙不对称引入的同相耦合误差变化问题,借鉴传统机械陀螺仪的自补偿理论,提出了基于动量矩换向原理的在线自补偿方法。设计了相应的测控系统,采用了两级积分接口电路,用新的比较器限幅驱动电路代替传统的AGC环路,在驱动环路中加了开关来以实现后续驱动极性反相从而补偿同相误差。研究了自补偿算法在硬件电路和软件中的实现方法,基于驱动模态周期性反转方法,实现了同相误差的自补偿。针对驱动模态周期性反转带来的动态性能恶化问题,基于线性时变信号滤波算法,开展了模态反转过程中陀螺仪角速度信息融合技术的研究,解决了硅微机械陀螺动态特性和长期稳定性的合理匹配问题。最后,开展了硅微机械陀螺在线自补偿测控系统在力学和温度环境下的性能测试实验。实验结果显示,硅微机械陀螺仪的零偏不稳定性从24.6°/h提高到9.7°/h。补偿后硅微机械陀螺仪的零偏输出受应力和温度的影响显著降低,自补偿方案可行并达到预期效果。