无驱动结构硅微机械陀螺是一种新型的角速度传感器。它安装于旋转飞行器上,利用飞行器的自旋获得角动量,当飞行载体发生俯仰、偏航角运动时,产生科里奥利力(Coriolis force,简称：科氏力),使敏感元件振动,输出陀螺信号,敏感载体的横向角速度,并自动调谐载体的滚转角速度。由于没有驱动结构,则具有结构简单、成本低、抗过载能力强等优点。陀螺输出信号包含了飞行载体的滚转角速度、俯仰角速度和偏航角速度,可广泛应用于单通道控制和多通道控制。因此,无驱动结构硅微机械陀螺的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文围绕无驱动结构硅微机械陀螺动态特性和姿态解算展开研究,研究工作的主要内容包括如下：(1)根据欧拉动力学方程,利用刚体绕定点转动动量矩定理,通过莱查系变换推导了无驱动结构硅微机械陀螺敏感元件角振动方程,并对动力学参数进行了分析和计算。结合旋转飞行器各种姿态运动形式,拓展了硅微机械陀螺输出信号的数学模型,通过三轴精密转台仿真验证了输出信号的数学模型。(2)基于硅微机械陀螺电容式检测的特点,设计了低噪声敏感信号的检测电路,并对其进行了详细的公式推导和实验验证。根据传递函数设计了信号处理电路,利用Bode图分析及电路仿真表明,信号处理电路设计符合技术要求。(3)根据陀螺输出信号的误差模型和实际测试,影响无驱动结构硅微机械陀螺标度因数稳定性的主要原因是飞行载体自旋频率的变化。针对这一影响,提出了两种算法,用以补偿自旋频率变化对标度因数稳定性造成的影响。实验表明,两种方法均可有效地提高陀螺标度因数的稳定性。(4)从频率特性的观点,研究了硅微机械陀螺幅频特性和相频特性。在角振动台上标定了整个硅微机械陀螺的幅频特性,利用三轴精密转台作为基准,测试了相频特性曲线。从时域特性的观点,研究了抗冲击、抗舵偏打和启动时间等关键动态性能。设计了抗冲击隔离器,提出了抗舵偏打方法,减小了启动时间。(5)基于硅微机械陀螺输出信号数学模型可知,陀螺输出信号载波频率对应与载体的自旋频率,包络与载体的横向角速度成比例。设计了自旋频率提取的相关算法,并进行了对比分析。基于解析信号,设计了横向合成角速度解调算法。相对于准载体坐标系,提出了求解横向角速度的瞬时偏转角算法,利用偏转角,通过正交分解将横向合成角速度分解为俯仰角速度和偏航角速度。相对于惯性空间,比较陀螺输出信号和加速度计输出信号的相位,确定出横向合成角速度的转角方向,利用转角将横向合成角速度进行投影,得到俯仰角速度和偏航角速度。(6)在信号处理电路分析的基础上,改进并设计了集成化单通道阻尼用硅微机械陀螺,并对其进行了性能测试,各项性能指标满足工程技术要求。根据姿态解算的相关算法,利用Verilog HDL和C语言,进行了模块化程序的设计。在MEMS三轴精密转台上,对软件模块分别进行了测试。