伴随着微机械技术和微电子技术的发展，以硅微机械陀螺仪为代表的微惯性仪表成为当前研究热点之一。与传统的陀螺仪相比，微机械陀螺仪具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高、易批量生产等优点。基于目前的设计和加工水平，微机械陀螺仪的精度和集成度还比较低，利用集成化制造技术和数据融合技术进行集成硅微陀螺阵列的研究成为提高硅微机械陀螺仪性能的有效途径之一。　　论文以提高硅微机械陀螺仪的性能为目的，开展了单芯片集成硅微陀螺阵列若干关键技术的研究，重点对硅微陀螺阵列的结构设计、测控电路和信号处理方法进行了深入的分析和研究。论文的主要工作和创新点如下:　　(1)对目前国内外硅微机械陀螺仪的信号处理方法和硅微陀螺阵列相关技术的研究现状进行了概述，分析了各自的优缺点。　　(2)从陀螺仪的工作原理出发，分析了硅微机械陀螺仪的运动特性，探讨了品质因数及固有频率等参数与灵敏度、带宽等性能指标的关系，系统研究了静电力驱动和电容检测技术。　　(3)设计出了一种全新的具有结构解耦、差分检测的单芯片集成硅微陀螺阵列的结构，该结构不同于一般的硅微陀螺阵列的设计，可以同时输出多路敏感检测信号，满足了虚拟陀螺的测量要求。对硅微陀螺阵列的运动特性进行了探讨，提出利用拉格朗日运动方程进行模态分析，得到了系统的谐振频率和振型。建立了硅微陀螺阵列的模态仿真模型，利用有限元软件ANSYS进行了模态仿真，模态仿真结果与模态分析一致，该硅微陀螺阵列能满足模态频率匹配的要求。利用体硅微机械加工技术对设计的结构进行了加工和真空封装，研制出了样机。　　(4)对硅微陀螺阵列的测控电路进行了研究，采用了基于自动增益控制的闭环驱动方法进行驱动控制。研究了数字锁相环和数字自激振荡进行驱动相位控制的方法并对其进行了仿真、分析和对比。为了提高测控电路的稳定性和可靠性，设计了基于FPGA的硅微陀螺阵列的数字测控电路，实现了测控电路的控制算法，包括直接数字式频率合成器、数字移相算法、A/D及D/A控制算法等。　　(5)硅微机械陀螺仪的漂移一般存在非平稳的趋势项。采用一种新的改进的经验模态分解方法对样机的静态漂移数据进行了多尺度分解和去趋势项处理，得到了正态、平稳的时间序列。提出利用时间序列分析方法对硅微陀螺阵列的静态漂移信号进行分析，建立了自回归滑动平均模型。同时，为了提高处理的实时性，提出一种新的基于最优加权平均和平方根自适应卡尔曼滤波的算法对建模后的陀螺漂移进行融合处理，与标准卡尔曼滤波相比，提高了硅微陀螺阵列的测量精度。　　对硅微陀螺阵列的随机漂移信号进行了Allan方差分析，根据数据融合理论和随机漂移的误差模型，利用最优Kalman滤波方法对硅微陀螺阵列的静态漂移信号进行了信息融合，对融合后的漂移信号进行了分析和研究。结果表明，融合后硅微陀螺阵列的漂移可以降低一个数量级以上。对角速度动态测量中的动态去噪问题进行了研究，尝试利用Allan方差、冗余检测、信号差分技术间接得到动态信号的实时漂移，结合机动目标跟踪和粒子滤波技术建立动态信号滤波器。仿真和实验结果表明，该动态滤波器能够使测量噪声得到了有效降低。　　(6)对硅微陀螺阵列的样机进行了测试与分析。测试结果表明，硅微陀螺阵列比单个硅微机械陀螺仪的测量精度更高，样机测控电路工作稳定，标度因数线性度较好，实现了设计功能。