为了紧跟国际前沿科学研究步伐,中国科学院于2016年提出了中国自己的空间引力波探测计划-太极计划,该计划分三个阶段逐步进行,第一阶段任务是发射一颗实验卫星,主要针对惯性传感、激光干涉测量、无拖曳控制等关键技术进行在轨验证,而开展惯性传感技术验证的核心器件就是空间惯性传感器。空间惯性传感器是以牛顿第二定律为基础,对在非保守力作用下航天器产生的加速度或测试质量与航天器的相对位移进行测量的一种精密装置。本文研究内容依托于中国科学院空间太极计划第一阶段实验卫星“太极一号”任务,目的是研制一套具备搭载条件的空间惯性传感器敏感结构工程化样机,同时开展针对惯性传感器性能的地面评价方法研究,设计搭建地面测试系统对其进行相应测试评价。首先,以“太极一号”惯性传感器的功能和组成为基础,设计采用变间距式的差分电容传感器来获取测试质量的位置和姿态信息。结合差分式平行平板电容器结构形式,对测试质量在静电力作用下的静力学和动力学模型进行描述,得到惯性传感器加速度测量的基本原理和闭环反馈控制的必要性,以及多自由度反馈电压和单自由度反馈电压之间的相互关系。并在此基础上对多自由度运动状态下的惯性传感器电极划分方以及电压配置方式进行设计。其次,从系统技术指标需求角度出发,以多自由电极划分方式为基础,结合地面测试及在轨工作条件,对关键参数进行了详细分析,构建了惯性传感器敏感结构。并在航天器运行轨道环境条件上,根据加速度测量基本方程展开针对敏感结构电极正交性、面积不对称性等主要影响因素的定量分析和深入研究。得出二者对于偏值和加速度噪声的贡献大小,从而明确了其对于系统量程以及加速度分辨率的影响程度。以此为基础得到敏感结构相应关键参数的制造水平需求,作为后续研制实施的约束条件。再次,在敏感结构详细设计的基础上,对其成型及装配工艺流程进行了全面探索,研制出耦合误差角优于5×10-5rad的敏感结构样机。并针对由脆性材料构成的电极笼结构件在装配与入轨过程中可能存在的单点失效风险问题,运用有限元分析与实验验证相结合的方式对其进行了具体研究。运用仿真手段分析了不同预紧力矩作用下电极板的应力情况,并在此基础上根据运载条件开展一系列基于测试件和工程样件的验证实验。综合分析对比了不同条件下结构件的相对位置变化及破坏情况,得到在0.6N·m装配力矩和0.5N·m连接力矩条件下,敏感结构能够在10g振动以及700g冲击的力学条件下具有足够可靠性和稳定性,具备安全入轨能力。最后,以惯性传感器地面性能测试评价为目的,提出了一种基于悬丝扭秤系统的标度因数标定方法,该方法利用本地重力加速度作为稳定输入条件,直接运用外部调整机构来实现标定,有效降低系统复杂程度。简化敏感结构形式并设计以空间二维柔性结构和二级倾斜调整结构为基础的多自由度的精密调整机构,构建悬丝扭秤系统。开展针对惯性传感器非敏感轴闭环控制能力验证、标度因数和量程标定等相关实验研究。验证了该系统对外界激励的快速响应以及测试质量的稳定控制的能力,同时采用所提出的标定方法进行标定所得标度因数线性度误差优于1%。在此基础上,详细分析了当前条件下测试质量噪声水平,利用该系统进行非敏感轴加速度噪声测量实验,结果表明该轴向加速度测量分辨率达到9.5×10-7m/s2/Hz1/2水平,并结合实验参数对惯性传感器在轨性能进行评估,得出非敏感轴的测量分辨率预期能够达到3.98×10-9m/s2/Hz1/2,满足“太极一号”系统需求。