陀螺儀器最早是用于航海導(dǎo)航，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它在航空和航天事業(yè)中也得到廣泛的應(yīng)用。陀螺儀器不僅可以作為指示儀表，而更重要的是它可以作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)敏感元件，即可作為信號(hào)傳感器。
根據(jù)需要，陀螺儀器能提供準(zhǔn)確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號(hào)，以便駕駛員或用自動(dòng)導(dǎo)航儀來控制飛機(jī)、艦船或航天飛機(jī)等航行體按一定的航線飛行，而在導(dǎo)彈、衛(wèi)星運(yùn)載器或空間探測(cè)火箭等航行體的制導(dǎo)中，則直接利用這些信號(hào)完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控制。
作為穩(wěn)定器，陀螺儀器能使列車在單軌上行駛，能減小船舶在風(fēng)浪中的搖擺，能使安裝在飛機(jī)或衛(wèi)星上的照相機(jī)相對(duì)地面穩(wěn)定等等。作為精密測(cè)試儀器，陀螺儀器能夠?yàn)榈孛嬖O(shè)施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導(dǎo)彈發(fā)射井等提供準(zhǔn)確的方位基準(zhǔn)。
陀螺儀器的應(yīng)用范圍是相當(dāng)廣泛的，它在現(xiàn)代化的國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中均占重要的地位。
陀螺儀在航空飛行領(lǐng)域的應(yīng)用
由于各種電子設(shè)備和電腦控制的高科技發(fā)展，各種現(xiàn)代飛機(jī)的設(shè)計(jì)大多數(shù)都是靜不穩(wěn)定的，必須利用電子設(shè)備和電腦來輔助控制來使飛機(jī)取得良好的飛行控制。
這種飛機(jī)單純依靠飛行員手指來控制難度會(huì)加大。飛機(jī)雖然仍能飛行，但是會(huì)出現(xiàn)不同程度的搖晃不定，總是處于一種不穩(wěn)定的飛行狀態(tài)。有時(shí)重心設(shè)定的不太準(zhǔn)確，稍微有差別，也會(huì)使飛機(jī)飛行不太穩(wěn)定。
空中有各種亂流，也會(huì)使飛機(jī)飛行不夠穩(wěn)定，這時(shí)就使用陀螺儀增穩(wěn)，飛機(jī)就會(huì)一直平穩(wěn)的飛行，讓飛行員感覺更容易操控飛機(jī)，做出各種動(dòng)作也更加標(biāo)準(zhǔn)。
陀螺儀讓飛行員感覺最明顯的是降落的時(shí)候，而最需要陀螺儀幫助的也是飛機(jī)的降落。因?yàn)榻德涞娘w機(jī)由于速度較慢，臨近失速點(diǎn)，這時(shí)更容易受風(fēng)的影響而導(dǎo)致機(jī)翼上下晃動(dòng)，這時(shí)就要不斷的用手指去調(diào)整飛機(jī)姿態(tài)使其保持水平不變而逐步下降高度，很多新手飛行員有時(shí)修正過多，飛機(jī)就會(huì)產(chǎn)生更大的晃動(dòng)，很容易進(jìn)入失速而導(dǎo)致降落失敗。
但是如果將陀螺儀打開增穩(wěn)狀態(tài)，由于陀螺儀的傳感器非常敏感，機(jī)翼稍微有輕微下壓，陀螺儀立即發(fā)出指令讓打副翼讓飛機(jī)回平，這個(gè)過程發(fā)生的很快，以至于你都可能看不到機(jī)翼下壓就已經(jīng)被陀螺儀修正了。所以你將會(huì)看到飛機(jī)總是非常平穩(wěn)的保持水平不變而逐步下降高度，對(duì)飛行員有很大的幫助。
對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)飛行員來說，陀螺儀的鎖定功能將會(huì)大大的增加飛行樂趣。比如在戰(zhàn)機(jī)超低空倒飛通場(chǎng)情況下，飛機(jī)性能較好或者調(diào)整得當(dāng)時(shí)，通常在正飛狀態(tài)下，即使不動(dòng)升降舵飛機(jī)也能保持正飛。但是飛機(jī)倒飛時(shí)通常要稍微推升降舵才能保持倒飛，如果不是技術(shù)極其高超，手指很難保持推舵的舵量不變使飛機(jī)在倒飛狀態(tài)下保持飛機(jī)一直在同一直線倒飛。
這就是為什么大多數(shù)人敢做超低空正飛通常而不敢做超低空倒飛通場(chǎng)，或者正飛通場(chǎng)敢做的很低而倒飛通常不敢做的很低，因?yàn)檎w的時(shí)候手指可以不動(dòng)升降舵飛機(jī)都能保持直線飛行，而倒飛的時(shí)候手指要一直推著舵面，飛機(jī)速度快且高度低，手指稍微移動(dòng)就可能觸地炸雞。這是使用陀螺儀的鎖定狀態(tài)，就變得非常容易了。
因?yàn)樵诘癸w狀態(tài)下，陀螺儀會(huì)自動(dòng)鎖定倒飛的姿態(tài)，升降舵操縱桿回中不動(dòng)，陀螺儀都會(huì)自動(dòng)將飛機(jī)一直保持直線倒飛狀態(tài)，而不用擔(dān)心手指推舵的舵量是否準(zhǔn)確。那么你就可以放心的在跑道遠(yuǎn)端操控飛機(jī)進(jìn)入超低空倒飛通場(chǎng)狀態(tài)，然后可以不用怎么操控，飛機(jī)也能一直保持超低空倒飛通場(chǎng)了。
陀螺儀在車載導(dǎo)航設(shè)備中的應(yīng)用
車載導(dǎo)航是通過接受GPS衛(wèi)星信號(hào)定位成功后，確定目標(biāo)再根據(jù)導(dǎo)航軟件自帶數(shù)據(jù)庫規(guī)劃路線，然后進(jìn)行導(dǎo)航。因?yàn)镚PS需要車載導(dǎo)航系統(tǒng)在同步衛(wèi)星的直接視線之內(nèi)才能工作，所以隧道、橋梁、或是高層建筑物都會(huì)擋住這直接視線，使得導(dǎo)航系統(tǒng)無法工作。
再者，導(dǎo)航系統(tǒng)是利用三角、幾何的法則來計(jì)算汽車位置的，所以汽車至少要同時(shí)在三個(gè)同步衛(wèi)星的視線之下，才能確定位置。在導(dǎo)航系統(tǒng)直接視線范圍內(nèi)的同步衛(wèi)星越多，定位就越準(zhǔn)確。
當(dāng)然，大多數(shù)的同步衛(wèi)星都是在人口密集的大都市的上空，所以當(dāng)你遠(yuǎn)離城區(qū)時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)的效果就不會(huì)太好了甚至根本就不能工作。這就是所謂的“導(dǎo)航盲區(qū)”。
針對(duì)這個(gè)問題，有導(dǎo)航廠商尋找到了解決之道，而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)導(dǎo)航的奧妙在于一個(gè)小東西——陀螺儀。
當(dāng)陀螺儀應(yīng)用到車載導(dǎo)航上，便大幅度提升了導(dǎo)航的精準(zhǔn)度，它的作用體現(xiàn)在：
1、陀螺儀能在GPS信號(hào)不好時(shí)能繼續(xù)發(fā)揮導(dǎo)航的作用并修正GPS定位不準(zhǔn)的問題
在GPS信號(hào)不好時(shí)，陀螺儀可根據(jù)已獲知的方位、方向和速度來繼續(xù)進(jìn)行精確導(dǎo)航，這也是慣性導(dǎo)航技術(shù)的基本原理。同時(shí)也可修正GPS信號(hào)不好時(shí)定位偏差過大的問題。
2、陀螺儀能比GPS提供更靈敏準(zhǔn)確的方向和速度
GPS是無法即時(shí)發(fā)現(xiàn)車子速度和方向的改變的，要等跑了一段距離之后才能測(cè)出，因此當(dāng)你車子在非導(dǎo)航情況下轉(zhuǎn)變了方向后，就會(huì)出現(xiàn)小陳那樣的狀況，導(dǎo)航就無法辨識(shí)你車子的轉(zhuǎn)向，結(jié)果把方向?qū)уe(cuò)了。而陀螺儀能夠在方向和速度改變的瞬間即時(shí)測(cè)出，從而能讓導(dǎo)航軟件及時(shí)的修改導(dǎo)航路線。
3、陀螺儀在上立交橋時(shí)更靈敏準(zhǔn)確的識(shí)別
民用GPS的精度是無法識(shí)別上沒上立交橋的，而陀螺儀卻可測(cè)出車子是否向上移動(dòng)了，從而能讓導(dǎo)航軟件及時(shí)的修改導(dǎo)航路線。依靠GPS衛(wèi)星的信號(hào)導(dǎo)航和陀螺儀的慣性導(dǎo)航，有效提高了導(dǎo)航精準(zhǔn)度，即使在失去GPS信號(hào)后，系統(tǒng)仍能通過自主推算來繼續(xù)導(dǎo)航，為車主提供準(zhǔn)確的行駛指示。
陀螺儀在無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)是其最主要的組成部分之一，而姿態(tài)的穩(wěn)定控制，則是對(duì)無人機(jī)順利執(zhí)行各項(xiàng)任務(wù)的有效方法。在目前的無人機(jī)實(shí)際制造與應(yīng)用中，有的無人機(jī)產(chǎn)品是基于三軸陀螺儀和傾角傳感器，來構(gòu)成全姿態(tài)增穩(wěn)控制系統(tǒng)的。
無人機(jī)姿態(tài)增穩(wěn)控制屬于內(nèi)回路控制，它包括姿態(tài)保持與控制、速度控制等模式。內(nèi)回路控制是在以三軸陀螺儀和傾角傳感器獲取無人機(jī)飛行姿態(tài)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)升降舵、方向舵的控制，完成飛行姿態(tài)的穩(wěn)定與控制。
其中，三軸陀螺儀主要用來測(cè)量無人機(jī)在飛行過程中俯仰角、橫滾角和偏航角的角速度，并根據(jù)角速度積分計(jì)算角度的改變。而一般采用雙軸傾角傳感器，與三軸陀螺儀構(gòu)成全姿態(tài)增穩(wěn)控制回路。
陀螺儀測(cè)量得到的角速度信息用作增穩(wěn)反饋控制，使飛機(jī)操縱起來變的更“遲鈍”一些，從而利用傾角傳感器測(cè)得飛機(jī)橫滾角和俯仰角。然后將陀螺儀測(cè)得的角速率信息和傾角傳感器測(cè)得的姿態(tài)角進(jìn)行捷聯(lián)運(yùn)算，得到融合后的姿態(tài)信息。這種較為復(fù)雜的捷聯(lián)算法，能夠使姿態(tài)精度得到很大提高。
