振动陀螺是一种基于机械谐振器模态之间科里奥利(Coriolis)耦合效应的角速度传感器,基于MEMS技术的振动陀螺在体积、功耗和成本方面具有无可比拟的优势,但是目前MEMS振动陀螺的性能尚存在不足,这主要受制于MEMS制造工艺较大的相对制造误差和器件尺寸缩小导致的灵敏度降低。本文以目前最具精度潜力的嵌套环式陀螺谐振结构作为研究对象,在陀螺动力学分析的基础上,充分利用微尺度下的物理特性,深入探究了高性能MEMS陀螺谐振结构的设计方法;并率先在陀螺谐振器上开展声子腔动力学研究,以期拓展MEMS振动陀螺的调控手段。主要的研究内容如下:1.从科里奥利耦合的二维谐振子模型出发,分别对开环和力反馈模式的振动陀螺进行了动力学分析,推导得到了振动陀螺的关键性能和主要误差的显式数学描述,为高性能陀螺结构设计提供了理论指导,此外还给出了频率和阻尼修调的基本理论。2.讨论了嵌套环式谐振器的内禀型(Intrinsic)和动力学(Dynamical)耦合机理。首先研究了嵌套环式谐振器刚度失配引起的模态杂化(Hybrid)耦合,在其基础上开展了声子腔动力学研究,并首次基于多尺度摄动法详细地给出了动力学耦合的混波过程;此外还论证了模态之间的静电非线性参数耦合,该耦合与张力引起的非线性耦合具有相反的特性,最后基于该非线性参数耦合实现了?形式的三模耦合。3.基于有限元方法,构建了获取嵌套环式谐振子完整性能参数的仿真计算平台,然后利用该平台深入研究了嵌套环式谐振器的结构参数与陀螺性能之间的关系,着重对嵌套环式谐振结构的谐振环壁厚分布进行了单目标和多目标优化。4.衰减时间系数是影响陀螺性能的核心参数,本文深入研究了在微尺度实现大值的物理机理,提出了一种刚度质量解耦的陀螺结构设计方法,并在嵌套环式谐振结构上验证了该方法实现大值的有效性。最后基于专门设计的刚度质量解耦嵌套环式谐振结构构建了力反馈模式的陀螺样机,常温下测得其Allan方差零偏稳定性为0:08?/h,角度随机游走为0:012?=ph,该样机的主要误差来自电路,谐振结构本身具有更高的精度潜力。