在制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制 (GNC) 系統(tǒng)中，有時需要高性能或高端陀螺儀。此類陀螺儀在無輔助導(dǎo)航性能和通過陀螺羅盤確定航向方面提供了獨特的功能，而這是當今 MEMS 陀螺儀技術(shù)所不可能實現(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)來測量角速率。由于沒有機械運動部件，因此它們通常對振動缺乏敏感性。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測量系統(tǒng)的角速率。顯然，這兩個光束在非旋轉(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，一束光束會比另一束傳播更長的距離，如圖 1.9b 所示。當兩束光束再次聚集在一起時，會產(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)來檢測旋轉(zhuǎn)。如圖 1.10a 所示，RLG 利用閉環(huán)激光腔（通常充滿氦氖氣）來執(zhí)行測量。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，它還在計算中實現(xiàn)了薩尼亞克效應(yīng)來檢測旋轉(zhuǎn)。 FOG 使用激光源、分束器、探測器和光纖線圈，如圖 1.10b 所示。它利用的光源分成兩個波長，以相反的方向穿過光纖。一旦光束到達探測器，它就可以通過薩尼亞克效應(yīng)確定旋轉(zhuǎn)速率。 FOG 的靈敏度和性能會根據(jù)線圈直徑和匝數(shù)而變化，性能與光纖長度直接相關(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，盡管相對于 RLG 來說性能有所下降。
陀螺羅盤是高性能陀螺儀無需外部輔助即可確定航向的能力。陀螺羅盤通過直接測量地球自轉(zhuǎn)時的角速率來檢測真北，如圖 1.11 所示。使用加速度計測量重力方向、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。該水平分量相對于傳感器軸的方向提供了航向（p）。
通過陀螺羅盤實現(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，角速率測量中小至 0.1°/h 的誤差會導(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，完全獨立于慣性傳感器。
圖：1.11 陀螺羅經(jīng)
除了陀螺羅盤之外，高端陀螺儀的主要優(yōu)勢在于其在無輔助慣性導(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，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）提供了改進的導(dǎo)航性能，但相對于價格而言，性能的改進通常沒有保證。
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