在隧道工程中，为了确保盾构机沿着设计隧道推进，需要对其位置和姿态进行实时高精度测量。在盾构机姿态测量系统中，倾角仪常被用于直接测量俯仰角和滚动角。然而在强振动环境下，倾角仪输出会出现较大误差，而陀螺仪在振动环境下有较高的稳定性，本文利用光纤陀螺仪与倾角仪的融合进行姿态角度的测量。具体研究工作和内容如下：在分析了倾角仪和光纤陀螺仪测量角度的基本原理的基础上，研究了在振动环境下陀螺仪和倾角仪的输出特性，实验表明倾角仪和陀螺仪有其各自的固有频率，当振动频率为倾角仪的固有频率时，倾角仪有较大误差，而陀螺仪的输出几乎不受影响，这表明陀螺仪和倾角仪工作时是具有一定互补性的。为了研究光纤陀螺仪随机误差特性，对光纤陀螺仪进行了Allan方差分析，建立了陀螺仪随机误差的模型，通过实验验证了温度和温度变化率对陀螺仪零漂有较大的影响，利用多变量自回归模型进行了温度漂移建模，并对温度漂移进行了补偿。提出了基于陀螺仪零漂估计的多传感器融合方法，利用稳定环境下倾角仪输出具有较高的精度，通过卡尔曼融合可以对陀螺仪零漂进行较高精度的估计和预测，通过仿真对该方法进行了验证，最后通过实验验证了陀螺仪在振动环境下零漂补偿后具有很好的测量倾角的性能。实验数据表明，在静态时该方法能保证振动环境下陀螺仪角度输出误差在1小时内不超过1毫弧度，动态时能保证振动环境下半小时内陀螺仪角度输出误差在半小时内不超过1毫弧度，基本上满足盾构施工中的姿态测量精度要求。