适用于SERF原子自旋惯性测量系统的三级温度控制系统，通过三级温度控制系统的相互配合，从而有效降低原子自旋惯性测量装置的温度梯度以及降低环境温度波动对于原子系综的影响，有效降低装置内部的热对流，从而降低对于检测模块的扰动，进而提升SERF原子自旋惯性测量装置的精度。本发明所述方法不需要大幅改动现有SERF原子自旋惯性测量装置的整体结构，可以有效兼容现有各代SERF原子自旋惯性测量装置，并且可以推广到同样具备无磁加热烤箱、磁屏蔽筒的原子自旋磁场测量装置，具备良好的经济性以及普适性。本发明所述方法可在原有的装置上进行改装，结构简单，易于实现，有效地抑制温度梯度造成的系统误差，提高测量精度和长期稳定性。