陀螺仪作为惯性导航系统中最核心的器件之一,为惯性导航系统提供载体转动角速度和角位移。惯性导航的自主性,安全性使得陀螺仪在民用导航和军事领域有着举足轻重的地位。本文研究的核磁共振陀螺仪属于第三代陀螺仪,它具有体积小、精度高、能耗低等特点,在近些年备受导航领域科研人员的关注。在本文中,我们研究了以⁸⁷Rb-¹²⁹Xe/¹³¹Xe为工作物质的核磁共振陀螺仪。为了更好的理解核磁共振陀螺仪的工作原理,我们从⁸⁷Rb的原子能级开始,介绍了光吸收、光泵浦以及自旋交换过程。并且,建立了动力学模型来描述惰性气体磁共振过程,给出了稳态下惰性气体极化矢量的表达式。为了测量惰性气体极化矢量,我们介绍了旋光效应以及以⁸⁷Rb原子作为磁力计的探测过程,给出了探测信号的理论公式。为了使核磁共振陀螺仪有良好的工作坏境,本文设计了组合线圈,提高了静磁场的均匀度,并且利用高频加热,降低了加热过程中带入的磁噪声。根据气室成分,计算了原子的吸收截面和散射截面,获得了探测光和泵浦光的最佳工作频率,并在实验上加以了验证。文章根据弛豫时间优化了不同温度下的驱动场大小,使得惰性气体共振信号取得最大的信噪比。通过计算陀螺响应和弛豫时间的关系,实测了不同温度下的弛豫时间。综合陀螺响应和信噪比,文章利用标度因素确定了陀螺的最佳工作温度为100℃。最后,我们给出了双工作物质核磁共振陀螺仪相比于单工作物质核磁共振陀螺仪的优势,其零偏稳定性可以提升两个量级。