陀螺及其惯性组合是实现载体姿态测量、稳定控制、导航制导的关键部件,在国防和国民经济诸多领域发挥着重要作用。在常规炮弹制导、新型电磁炮研究、油气田开发、隧道挖掘等应用领域中,高动态环境(过载高、速度高、转速高)对角速率直接测量及姿态解算都提出了严峻挑战,迫切需要具有大量程、高抗过载能力且能精确解算姿态的高动态陀螺惯性组合。本文以研制一种能够在高动态环境下完成角速率直接测量和姿态解算的固态振动陀螺惯性组合为目的,围绕旋转抛物面形振子建模、陀螺信号处理与偏差平衡、陀螺惯性组合结构编排、组合误差补偿与高动态姿态解算方法等关键技术展开研究,论文所做工作与取得成果如下:(1)针对三轴向抗过载需求,提出了一种用于高动态振动陀螺的旋转抛物面形振子,在正交曲线坐标系下分析了振子位移与形变关系、平衡方程,建立了谐振子的动力学方程,求解得到二阶固有频率、振型和进动因数,形成了旋转抛物面形振动陀螺的理论基础;优化了振子结构参数,得到了频率振型稳定、可抗15000g过载的陀螺振子。(2)针对影响陀螺性能的因素,研究了旋转抛物面形振动陀螺的信号处理和偏差平衡方法。构建了多回路高速控制检测电路,利用阻尼控制力幅值提取陀螺角速率,解决了高转速环境下陀螺信号处理的难题;推导了频率裂解和振型偏移对陀螺性能的误差影响途径;分别定性和定量研究了缺陷振子偏差的影响,据此提出一种基于添加质量的快速平衡方法,实现了频率裂解和振型偏移的快速修正;设计正交控制回路抑制了驱动检测之间的正交耦合误差,提升了陀螺性能。经测试,单轴陀螺样机零偏稳定性为9.3347°/h,量程为±3600°/s,标度因数非线性度为0.118%。(3)构建了高动态固态振动陀螺惯性组合,研究了组合误差补偿与高动态姿态解算方法。针对高动态环境下角速率的直接测量难题,优化了振子差异化正交正置的结构编排方式,仿真结果表明能够承受典型火炮发射过载;分析了主要误差项并建立误差模型,设计标定试验对确定性误差进行了补偿;揭示引起高动态环境下载体姿态解算误差的产生机理,提出一种通过坐标解析变换实现圆锥旋转隔离的高动态姿态解算方法,实现姿态实时解耦并消除了姿态误差发散。(4)研制了高动态固态振动陀螺惯性组合原理样机,对样机进行了地面单项性能测试,测试结果为:X轴陀螺量程可达±3600°/s,Y、Z轴陀螺量程为±540°/s;常温零偏稳定性均在10°/h以内;抗高过载能力达15000g以上;实验室环境下2min动态姿态解算精度在3.13°以内。最后通过某炮弹搭载飞行试验进行综合性能验证,结果表明,高动态固态振动陀螺惯性组合样机能够在15000g以上的高动态环境下正常测量载体角速率并解算姿态角。