在制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制 (GNC) 系統(tǒng)中，有時(shí)需要高性能或高端陀螺儀。此類陀螺儀在無(wú)輔助導(dǎo)航性能和通過(guò)陀螺羅盤(pán)確定航向方面提供了獨(dú)特的功能，而這是當(dāng)今 MEMS 陀螺儀技術(shù)所不可能實(shí)現(xiàn)的。此類高端陀螺儀中最普遍的是光學(xué)陀螺儀，用于具有最嚴(yán)格性能要求的應(yīng)用。
光學(xué)陀螺儀依靠薩尼亞克效應(yīng)來(lái)測(cè)量角速率。由于沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，因此它們通常對(duì)振動(dòng)缺乏敏感性。光學(xué)陀螺儀主要有兩種類型：環(huán)形激光陀螺儀（RLG）和光纖陀螺儀（FOG）。
光學(xué)陀螺儀使用圍繞閉環(huán)環(huán)以相反方向傳播的光束來(lái)測(cè)量系統(tǒng)的角速率。顯然，這兩個(gè)光束在非旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中傳播的距離完全相同，如圖 1.9a 所示。但由于光相對(duì)于慣性參考系以恒定速度傳播，如果系統(tǒng)受到角速率的影響，一束光束會(huì)比另一束傳播更長(zhǎng)的距離，如圖 1.9b 所示。當(dāng)兩束光束再次聚集在一起時(shí)，會(huì)產(chǎn)生取決于旋轉(zhuǎn)量的干涉，這種現(xiàn)象稱為薩尼亞克效應(yīng)。
(a) 固定式 (b) 輪換
圖：1.9 薩格納克效應(yīng)陀螺儀測(cè)量
環(huán)形激光陀螺儀（RLG）是一種高性能光學(xué)陀螺儀，利用薩尼亞克效應(yīng)來(lái)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)。如圖 1.10a 所示，RLG 利用閉環(huán)激光腔（通常充滿氦氖氣）來(lái)執(zhí)行測(cè)量。激光器本身集成在腔室內(nèi)，使得外部觀察到的干涉圖案與旋轉(zhuǎn)角度成正比。這些陀螺儀是目前性能最高的陀螺儀，加上其復(fù)雜性，也使其成為最昂貴的陀螺儀。
(a) 環(huán)形激光陀螺儀 (RLG) (b) 光纖陀螺儀 (FOG)
圖：1.10 光學(xué)陀螺儀
光纖陀螺儀 (FOG) 是一種高性能光學(xué)陀螺儀，它還在計(jì)算中實(shí)現(xiàn)了薩尼亞克效應(yīng)來(lái)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)。 FOG 使用激光源、分束器、探測(cè)器和光纖線圈，如圖 1.10b 所示。它利用的光源分成兩個(gè)波長(zhǎng)，以相反的方向穿過(guò)光纖。一旦光束到達(dá)探測(cè)器，它就可以通過(guò)薩尼亞克效應(yīng)確定旋轉(zhuǎn)速率。 FOG 的靈敏度和性能會(huì)根據(jù)線圈直徑和匝數(shù)而變化，性能與光纖長(zhǎng)度直接相關(guān)（有些線圈中使用 >1 km 的光纖）。光纖陀螺儀是比 RLG 更新的技術(shù)，并且利用現(xiàn)有的低成本技術(shù)，產(chǎn)生更好的定價(jià)，盡管相對(duì)于 RLG 來(lái)說(shuō)性能有所下降。
陀螺羅盤(pán)是高性能陀螺儀無(wú)需外部輔助即可確定航向的能力。陀螺羅盤(pán)通過(guò)直接測(cè)量地球自轉(zhuǎn)時(shí)的角速率來(lái)檢測(cè)真北，如圖 1.11 所示。使用加速度計(jì)測(cè)量重力方向、地球角速率（哦乙) 可以分解為水平的 (哦氮）和垂直（哦D) 分量，水平分量指向正北。該水平分量相對(duì)于傳感器軸的方向提供了航向（p）。
通過(guò)陀螺羅盤(pán)實(shí)現(xiàn)精確航向需要具有卓越偏置穩(wěn)定性的低噪聲傳感器。地球以大約 15°/h 的速度自轉(zhuǎn)，水平分量等于緯度余弦的乘積（F）。在 45° 緯度，角速率測(cè)量中小至 0.1°/h 的誤差會(huì)導(dǎo)致 0.5° 的航向誤差。具有陀螺羅經(jīng)功能的陀螺儀的尺寸、重量、功率和成本 (SWAP-C) 通常令人望而卻步，但它仍然是唯一最可靠的航向確定方法，完全獨(dú)立于慣性傳感器。
圖：1.11 陀螺羅經(jīng)
除了陀螺羅盤(pán)之外，高端陀螺儀的主要優(yōu)勢(shì)在于其在無(wú)輔助慣性導(dǎo)航（也稱為航位推算）方面的性能。如第3.3節(jié)所述 ，在執(zhí)行慣性傳感器的純集成時(shí)，陀螺儀的性能通常主導(dǎo)位置誤差。雖然它們顯然在輔助情況下（例如 GNSS 輔助）提供了改進(jìn)的導(dǎo)航性能，但相對(duì)于價(jià)格而言，性能的改進(jìn)通常沒(méi)有保證。
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