本发明涉及一种调制式双轴原子自旋陀螺仪，由气室、无磁加热系统、磁屏蔽系统、三轴磁场控制线圈、抽运系统、电路系统、检测系统组成。气室内充有碱金属和惰性气体，无磁加热系统、磁屏蔽系统和三轴磁场控制线圈提供高温和弱磁环境，使碱金属原子处于无自旋交换弛豫态。抽运系统极化碱金属原子，进而实现惰性气体超极化。惰性气体核子极化矢量初始沿抽运方向，当垂直抽运方向有角速率输入时，惰性气体核子极化矢量发生进动，在抽运方向垂直面上产生投影磁场。电路系统调制碱金属电子极化矢量构成原位双轴磁强计，检测系统读出磁场测量信息，再经电路系统放大、解调，解算出双轴角速率信息。本发明实现双轴角速率测量，具有高精度、易集成等优点。