微惯性技术是近些年导航学科迅速成长起来的重要分支。基于MEMS陀螺的小型捷联惯导系统拥有成本低、尺寸小、集成高度、自主性强等特点,在国民经济和军事国防领域都有着重要的用途。随着微机电产业和IC制造工艺的不断进步,MEMS陀螺有取代其它中低精度陀螺的趋势。国内与国外的相关机构非常的重视微惯性导航系统的开发与应用。目前常见的MEMS惯组测量精度较低,因此研究如何提高MEMS惯组的测量精度有着重大的实际意义。通过建立MEMS陀螺惯组的数学模型,对其进行标定和补偿是提高MEMS惯组性能的重要方式,本论文针对现有的MEMS陀螺惯组进行误差建模和标定补偿的研究。首先,阐明了基于MEMS陀螺的小型捷联惯性导航系统的基本理论,对常用坐标系及其变换进行了说明。开展了MEMS惯组的误差特性分析,研究各项误差对捷联惯性导航系统的影响。MEMS惯组的随机噪声对惯组的精度有着很大的影响,本文采用Allan方差方法对陀螺的五种主要噪声:量化噪声、角度随机游走、零偏不稳定性、随机游走和速率斜坡进行分析,评估了各噪声源的大小。其次,根据MEMS陀螺惯组的特点,建立了MEMS惯组的误差模型,并研究MEMS惯组的分立标定方法。基于三轴转台,设计了分立标定的速率实验和静态多位置实验,给出了各模型参数的计算方法,结合仿真实验验证分立标定方法的实用性。通过坐标系转换的方法说明了转台误差对标定模型参数的影响。接着,针对分立标定依赖转台精度的问题,研究了MEMS陀螺的系统级标定理论,根据导航误差方程设计了30维的Kalman滤波器。并对MEMS陀螺惯组的系统级标定方法进行了仿真实验。最后,在转台实验中,通过分立标定与系统级标定结果的对比,说明了系统级标定方法可以减小MEMS惯组标定对转台的依赖程度,有利于提高惯组标定的精度,并满足中低精度领域的应用需求。