(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
核磁気共鳴（ＮＭＲ）ジャイロスコープシステムであって、
アルカリ金属蒸気、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープを封入するように密封されるジャイロセルと、
磁場を生成するように構成された磁場発生器であって、前記磁場が前記ジャイロセルを通じて提供されると、前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープが歳差運動する、磁場発生器と、
磁場誤差制御器であって、前記磁場誤差制御器は、前記磁場の大きさと関連する誤差を測定することと、誤差信号を生成することとを行うように構成され、前記誤差信号が前記磁場発生器にフィードバックされて、前記磁場を所望の大きさで維持する、磁場誤差制御器と、
前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうち少なくとも１つの測定歳差運動角度と、前記誤差信号とに基づいて、前記ＮＭＲジャイロスコープシステムの感度軸周囲の回転角を計算するように構成された機械化プロセッサと、
を含む、システム。
【請求項２】
前記磁場誤差制御器は、前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープに関連する歳差運動周波数の合計および差のうちの１つと、基準周波数との間の差に基づいて、前記誤差を測定するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記誤差信号は誤差電圧として構成され、前記誤差電圧の大きさは、前記歳差運動周波数の合計および差の１つと前記基準周波数との間の位相差に線形的に関連する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記誤差電圧の大きさは、前記基準周波数において更新される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記誤差電圧は前記位相差の複数のサンプルの時間平均に対応し、前記位相差の各サンプルは、前記歳差運動周波数の合計および差のうちの１つと、前記基準周波数において測定された前記基準周波数との間の位相差に対応する、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記機械化プロセッサは、前記ＮＭＲジャイロスコープシステムの感度軸周囲において測定された回転角から前記誤差信号によって示される誤差角度を減算するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
信号プロセッサをさらに含み、前記信号プロセッサは、前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうち１つの歳差運動角度を測定するように構成され、前記機械化プロセッサは、前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうちの１つの歳差運動角度に基づいて、前記ＮＭＲジャイロスコープシステムの感度軸周囲の回転角を計算する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記磁場誤差制御器は、前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープに関連する歳差運動周波数の合計および差のうちの１つに関連する位相と、基準周波数とを比較して、前記基準周波数に比例する周波数における位相差の複数のサンプルを生成して、前記磁場の大きさに関連する誤差を測定するように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記磁場誤差制御器は、前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうちの１つの歳差運動角度の各サンプルに対応する、前記位相差の複数のサンプルに関連する時間平均誤差を計算するように構成され、前記機械化プロセッサは、前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうちの１つの測定歳差運動角度から前記時間平均誤差を減算して、前記ＮＭＲジャイロスコープシステムの感度軸周囲の回転角を計算するように構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載のＮＭＲジャイロスコープシステムを含む３軸ジャイロスコープシステム。
【請求項１１】
核磁気共鳴（ＮＭＲ）ジャイロスコープシステム内の磁場誤差を実質的に低減するための方法であって、前記方法は、
密封ジャイロセルを通じて磁場を提供して、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープに相互に反対方向に歳差運動させることと、
前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープに関連する歳差運動周波数の合計および差のうちの１つと、基準周波数との間の差に基づいて、前記磁場の大きさと関連する誤差を測定することと、
前記測定された誤差に対応する誤差信号を生成することと、
前記誤差信号に応じて前記磁場の大きさを制御することと、
前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうち少なくとも１つの歳差運動角度を測定することと、
前記測定歳差運動角度および前記誤差信号に基づいて、前記ＮＭＲジャイロスコープシステムの感度軸周囲の回転角を計算することと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記誤差信号を生成することは、誤差電圧を生成することを含み、前記誤差電圧の大きさは、前記歳差運動周波数の合計および差の１つと前記基準周波数との間の位相差に線形的に関連する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基準周波数の周期的サイクル速度に比例する速度で前記誤差電圧の大きさを周期的に調節することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記誤差電圧の大きさを前記位相差の複数のサンプルの時間平均として生成することをさらに含み、前記位相差の各サンプルは、前記歳差運動周波数と、前記基準周波数において測定された基準周波数との合計および差のうちの１つの間の位相差に対応する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記回転角を計算することは、前記ＮＭＲジャイロスコープシステムの感度軸周囲の測定回転角から、前記誤差信号によって示される誤差角度を減算することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうち少なくとも１つの歳差運動角度を測定することは、前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうちの１つの歳差運動角度を測定することを含み、前記回転角を計算することは、前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうち１つの歳差運動角度に基づいて、前記ＮＭＲジャイロスコープシステムの感度軸周囲の回転角を計算することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記基準周波数に比例する周波数における位相差の複数のサンプルを生成して、前記磁場の大きさに関連する誤差を測定することと、
前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうちの１つの歳差運動角度の各サンプルに対応する、前記位相差の複数のサンプルに関連する時間平均誤差を計算することと、
前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうち１つの測定歳差運動角度から前記時間平均誤差を減算して、前記ＮＭＲジャイロスコープシステムの感度軸周囲の回転角を計算することと、
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
複数のジャイロセルシステムを含む３軸核磁気共鳴（ＮＭＲ）ジャイロスコープシステムであって、前記ジャイロセルシステムはそれぞれ、
アルカリ金属蒸気、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープを封入するように密封されるジャイロセルと、
磁場を生成するように構成された磁場発生器であって、前記磁場が前記ジャイロセルを通じて提供されると、前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープが歳差運動する、磁場発生器と、
磁場誤差制御器であって、前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープに関連する歳差運動周波数の合計および差のうちの１つと、基準周波数との間の差に基づいて前記磁場の大きさと関連する誤差を測定することと、誤差信号を生成することとを行うように構成され、前記誤差信号は、前記磁場発生器にフィードバックされて、前記磁場を所望の大きさに維持する、磁場誤差制御器と、
前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうち少なくとも１つの測定歳差運動角度から前記誤差信号によって示される誤差角度を減算することにより、前記ＮＭＲジャイロスコープシステムの感度軸周囲の回転角を計算するように構成された機械化プロセッサと、
を含む、システム。
【請求項１９】
前記誤差信号は誤差電圧として構成され、前記誤差電圧の大きさは、位相差の複数のサンプルの時間平均に対応し、前記位相差の各サンプルは、前記歳差運動周波数の合計および差のうちの１つと、前記基準周波数において測定された基準周波数との間の位相差に対応する、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
信号プロセッサをさらに含み、前記信号プロセッサは、前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうちの１つの歳差運動角度サンプルを測定するように構成され、前記磁場誤差制御器は、時間平均誤差を計算するように構成され、前記時間平均誤差は、位相差の複数のサンプルに関連し、前記位相差の各サンプルは、前記第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープに関連する歳差運動周波数の合計および差のうちの１つならびに前記基準周波数の各サンプルに対応し、前記機械化プロセッサは、前記各歳差運動角度サンプルから前記時間平均誤差を減算して、前記ＮＭＲジャイロスコープシステムの感度軸周囲の回転角を計算するように構成される、請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許出願第１３／０１１，５３０号（出願日：２０１１年１月２１日）の出願日の恩恵を主張する。本明細書中、同文献全体を参考のため援用する。
【０００２】
本発明は、一般にジャイロスコープシステムに関し、詳細には、ジャイロスコープシステムの磁場誤差補正に関する。
【背景技術】
【０００３】
典型的な核磁気共鳴（ＮＭＲ）ジャイロスコープは、核磁気モーメントを所有する１つまたは２つのアイソトープの測定ラーモア歳差運動周波数または位相のシフトに基づいた、感度軸周囲の慣性角回転速度または配向角を感知する原理に基づいて動作する。ＮＭＲジャイロスコープ（「ジャイロ」）システムは、ジャイロセルと、回転センサーとを含み得る。回転センサーは、例えば、光源と、光検出器と、および信号処理回路とを含む。一例として、ジャイロセルは、１つ以上のアルカリ金属蒸気（例えば、ルビジウム）と、１つ以上のジャイロ磁気アイソトープとを含み得る。これらのジャイロ磁気アイソトープは、磁場に応答して歳差運動する。信号処理回路は、１つ以上のジャイロ磁気アイソトープのラーモア歳差運動周波数および／または位相情報を抽出し得る。その結果、抽出されたラーモア歳差運動周波数および位相情報に基づいて、感度軸周囲のジャイロスコープ回転速度または配向角を計算することが可能になる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一実施形態は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）ジャイロスコープシステムを含む。このシステムは、アルカリ金属蒸気を封入するように密封されるジャイロセルと、第１のジャイロ磁気アイソトープと、第２のジャイロ磁気アイソトープとを含む。磁場を生成するように構成された磁場発生器が、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープを歳差運動させるように、ジャイロセルを通じて設けられる。磁場誤差制御器が、磁場の大きさと関連する誤差の測定と、誤差信号の生成とを行うように、構成される。誤差信号を磁場発生器にフィードバックすることで、磁場を所望の大きさに維持する。このシステムは、機械化プロセッサをさらに含む。機械化プロセッサは、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうち少なくとも１つの測定歳差運動角度と、誤差信号とに基づいて、ＮＭＲジャイロスコープシステムの感度軸周囲の回転角を計算するように構成される。
【０００５】
本発明の別の実施形態は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）ジャイロスコープシステム内の磁場誤差を実質的に低減するための方法を含む。この方法は、密封ジャイロセルを通じて磁場を設けて、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープに歳差運動させることを含む。この方法はまた、ジャイロ磁気アイソトープに関連する歳差運動周波数の合計および差のうちの１つと、基準周波数との間の差に基づいて、磁場の大きさと関連する誤差を測定することと、測定された誤差に対応する誤差信号を生成することとを含む。この方法はまた、誤差信号に応答して磁場の大きさを制御することと、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうち少なくとも１つの歳差運動角度を測定することとを含む。この方法は、測定歳差運動角度および誤差信号に基づいて、ＮＭＲジャイロスコープシステムの感度軸の周囲の回転角を計算することをさらに含む。
【０００６】
本発明の別の実施形態は、複数のジャイロセルシステムを含む３軸核磁気共鳴（ＮＭＲ）ジャイロスコープシステムを含む。これらのジャイロセルシステムはそれぞれ、アルカリ金属蒸気を封入するように密封されるジャイロセルと、第１のジャイロ磁気アイソトープと、第２のジャイロ磁気アイソトープとを含む。各システムはまた、磁場を生成するように構成された磁場発生器を含む。この磁場は、ジャイロセルを通じて設けられて、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープに歳差運動させる。各システムはまた、磁場誤差制御器を含む。磁場誤差制御器は、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープに関連する歳差運動周波数の合計と、基準周波数との間の差に基づいて、磁場の大きさと関連する誤差を測定することと、誤差信号を生成することとを行うように構成される。この誤差信号を磁場発生器にフィードバックすることで、磁場を所望の大きさに維持する。各システムは、機械化プロセッサをさらに含む。機械化プロセッサは、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうち少なくとも１つの測定歳差運動角度から誤差信号によって示される誤差角度を減算することにより、ＮＭＲジャイロスコープシステムの感度軸周囲の回転角を計算するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の態様による核磁気共鳴（ＮＭＲ）ジャイロシステムの一例を示す。
【図２】本発明の態様によるＮＭＲジャイロシステムの別の例を示す。
【図３】本発明の態様による３軸ジャイロシステムの一例を示す。
【図４】本発明の態様による、ＮＭＲジャイロシステム内の磁場誤差を実質的に低減するための方法の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、主にジャイロスコープシステムに関し、詳細には、ジャイロスコープシステム磁場誤差補正に関する。ジャイロスコープ（「ジャイロ」）システムは、核磁気共鳴（ＮＭＲ）ジャイロスコープシステムであり得、アルカリ金属粒子を有するジャイロセルと、少なくとも２つのジャイロ磁気アイソトープとを含む。このシステムは、実質的に均一な磁場に応答して歳差運動する２つ以上のジャイロ磁気アイソトープ（例えば、キセノン（例えば、１２９Ｘｅまたは１３１Ｘｅ）の歳差運動周波数を測定する。これら２つのジャイロ磁気アイソトープの歳差運動周波数の合計と、基準周波数（例えば、局部発振器から発生したもの）とを比較する。磁場誤差制御器は、誤差信号を生成する。この誤差信号の大きさは、歳差運動周波数の合計と基準周波数との間の周波数または位相の差に基づく。実質的に均一な磁場の大きさは、この比較に基づいてフィードバック的に制御される。機械化プロセッサは、ジャイロ磁気アイソトープの片方または両方の歳差運動周波数または位相角度に基づいて、ジャイロシステムの回転角を計算することができる。
【０００９】
実質的に均一な磁場の調節には時間がかかるため、磁場の完全な補正が行われるよりも前に、ジャイロスコープセル回転の磁場の完全な補正が行われる前において誤差が発生し得る。そのため、機械化プロセッサは、ジャイロセルの回転角に対する補正を誤差信号に基づいて計算することができる。一例として、誤差信号は電圧信号であり得、その大きさは、２つのジャイロ磁気アイソトープの周波数合計と基準周波数との間の位相または周波数の差と共に線形的に変化する。別の例として、誤差信号は、歳差運動が最も低速であるジャイロ磁気アイソトープの位相角度または周波数サンプルに対応する複数の位相または周波数の差サンプルの位相または周波数の差の平均であり得る。よって、誤差信号を機械化プロセッサによって実行して、ジャイロスコープ回転の角度測定から既知の誤差を減算する。
【００１０】
図１は、本発明の態様による核磁気共鳴（ＮＭＲ）ジャイロシステム１０の一例を示す。ＮＭＲジャイロシステム１０は、多様な用途のうち任意の用途において実行することができる。一例として、ＮＭＲジャイロシステム１０は、飛行機および／または宇宙船のためのナビゲーションシステムにおいて実行することができる。加えて、ＮＭＲジャイロシステム１０は、多軸ジャイロシステム（例えば、図３の例中により詳細に示すもの）の一部であり得る。
【００１１】
ＮＭＲジャイロシステム１０は、ＮＭＲジャイロセル１２を含む。ＮＭＲジャイロセル１２は、例えば、多様な形状およびサイズのうち任意の形状およびサイズのガラスケーシングであり得る。ＮＭＲジャイロセル１２は、アルカリ金属１４と、第１のジャイロ磁気アイソトープ１６および第２のジャイロ磁気アイソトープ１８とを含む。第１のジャイロ磁気アイソトープ１６および第２のジャイロ磁気アイソトープ１８は、図１中においてそれぞれアイソトープＡおよびアイソトープＢとして図示される。一例として、アルカリ金属１４はルビジウム（Ｒｂ）またはセシウム（Ｃｓ）蒸気であり得、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８は、希ガスアイソトープを含み得る（例えば、３ヘリウム、８３クリプトン、１２９キセノンおよび／または１３１キセノン）。ＮＭＲジャイロシステム１０はまた、１つ以上の磁場発生器２０を含む。これらの磁場発生器２０は、ＮＭＲジャイロセル１２を通じて実質的に均一な磁場ＢＥを生成するように構成される。一例として、磁場発生器２０は、磁気ソレノイドとして構成され得る。
【００１２】
実質的に均一な磁場ＢＥおよび刺激磁場（図示せず）に応答して、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８は、ＮＭＲジャイロセル１２の軸に対して歳差運動する。一例として、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８を選択する際には、第１のジャイロ磁気アイソトープ１６が第１の回転方向において歳差運動し、第２のジャイロ磁気アイソトープ１８が反対の回転方向に歳差運動するように選択を行う。その結果、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の周波数合計は、ＮＭＲジャイロセル１２の回転による影響を実質的に受けなくなる。なぜならば、ＮＭＲジャイロシステム１０の回転は、一方のジャイロ磁気アイソトープ１６の見かけの歳差運動へ実質的に均等量だけ加算され、他方のジャイロ磁気アイソトープ１８の見かけの歳差運動から実質的に均等量だけ減算されるからである（例えば、同時係属中の米国特許出願第１２／５３４，６４１号中に記載）。本明細書中、同文献の内容を参考のため援用する。別の例として、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８を選択する際、第１のジャイロ磁気アイソトープ１６および第２のジャイロ磁気アイソトープ１８が同一回転方向において歳差運動するように選択し、これにより、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の周波数差がＮＭＲジャイロシステム１０の回転による影響を実質的に受けなくなるようにすることができる。加えて、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８はそれぞれ、実質的均一な磁場ＢＥに応答して、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のうち他方に相対して独自の周波数において歳差運動することができ、また、実質的に均一な磁場ＢＥの変化に相対して、歳差運動周波数を異なる量だけ変化させることもできる。加えて、ＮＭＲジャイロシステム１０は、磁気シールド（図示せず）を含み得る。磁気シールドは、ＮＭＲジャイロセル１２を実質的に包囲することができ、これにより、外部磁場からの干渉（例えば、地球磁場からの干渉）を実質的に軽減することができる。
【００１３】
ＮＭＲジャイロシステム１０は、角回転センサー２２をさらに含む。角回転センサー２２は、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のうち少なくとも１つの歳差運動角度を測定して、ＮＭＲジャイロシステム１０の感度軸周囲の回転角を測定歳差運動角度に基づいて経時的に計算するように構成され得る。一例として、角回転センサー２２は、ＮＭＲジャイロセル１２内のアルカリ金属１４を光ポンプビームによって光ポンプして、アルカリ金属１４のスピンを実質的に均一な磁場ＢＥとアライメントさせるように、構成され得る。これに応答して、スピン交換プロセスに起因して、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８も、光ポンプビームとスピンアライメントされる。ＮＭＲジャイロシステム１０は、プローブビーム源（図示せず）を含み得る。プローブビーム源（図示せず）は、プローブビームを生成するように構成される。このプローブビームは、ＮＭＲジャイロセル１２を通過する。プローブビームは、光ポンプビームに対して垂直な方向成分と共に、検出ビームＯＤＥＴとしいてＮＭＲジャイロセル１２から退出し得る。光ポンプビームによって得られたアルカリ金属１４のアライメントにより、プローブビームを変調して、検出ビームＯＤＥＴを生成することができる。詳細には、検出ビームＯＤＥＴの変調は、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動によって調整されるようなアルカリ金属１４の歳差運動の関数であり得る。一例として、角回転センサー２２は、検出ビームＯＤＥＴの変調を検出するように構成された１つ以上の光検出器を含み得る。そのため、アルカリ金属１４ならびにジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動角度の変化が変調光検出信号ＯＤＥＴの検出によって検出された場合、この変化を処理することにより、回転運動に対応する感度軸周囲の方向変化を決定することができる。
【００１４】
図１の例において、角回転センサー２２は、機械化プロセッサ２４を含む。機械化プロセッサ２４は、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のうち少なくとも１つの測定歳差運動角度に基づいて、感度軸の周囲の回転角を計算するように構成され得る。一例として、機械化プロセッサ２４は、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のうち光検出信号ＯＤＥＴによって示される１つの測定歳差運動角度に基づいて、ＮＭＲジャイロセル１２の感度軸の周囲の回転角を計算するように構成され得る。詳細には、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のうちの１つの検出された歳差運動角度と、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のうちの１つの実質的に均一な磁場ＢＥにおける予測歳差運動角度に対応する基準信号とを比較することができる。よって、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のうちの１つの測定歳差運動角度と、基準信号との間の差から、ＮＭＲジャイロセル１２の回転を計算することができる。
【００１５】
上記したように、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数を、実質的に均一な磁場ＢＥの変化に相対する量だけ変化させることができる。一例として、実質的に均一な磁場ＢＥにおいて、過渡変動が発生し得る（例えば、ＮＭＲジャイロシステム１０の外部の源からのもの）。そのため、角回転センサー２２は、磁場誤差制御器２６を含む。磁場誤差制御器２６は、誤差信号ＥＲＲを生成するように構成される。誤差信号ＥＲＲは、実質的に均一な磁場ＢＥを所望の大きさで維持するためのフィードバック信号として、磁場発生器２０に提供される。
【００１６】
例えば、磁場誤差制御器２６は、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数の合計を基準周波数（例えば、水晶振動子（図示せず）によって生成されたもの）と比較して、実質的に均一な磁場ＢＥにおける誤差を測定するように、構成され得る。基準周波数は、実質的に均一な磁場ＢＥの存在下におけるジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数の合計の予測周波数に対応し得る。よって、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数の合計は、実質的に均一な磁場ＢＥの存在下におけるジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の反対方向の歳差運動に基づいて、ＮＭＲジャイロシステム１０の回転による影響を受けないため、基準周波数およびジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数の合計の差は、実質的に均一な磁場ＢＥの誤差大きさに直接相関する。その結果、磁場発生器２０は、実質的に均一な磁場ＢＥの大きさを誤差信号ＥＲＲに基づいて調節すして、検出された磁場誤差を補償することができる。
【００１７】
磁場誤差制御器２６が実質的に均一な磁場ＢＥの大きさの変動を検出した時点でありかつ磁場発生器２０が実質的に均一な磁場ＢＥの大きさを誤差信号ＥＲＲを介して補正する前の時点においては、角回転センサー２２は、ＮＭＲジャイロシステム１０の回転を継続して測定している場合がある。そのため、ＮＭＲジャイロシステム１０の回転の測定は、実質的に均一な磁場ＢＥの大きさの誤差に基づいた誤差を含み得る。そのため、図１の例において、磁場誤差制御器２６は、誤差信号ＥＲＲを機械化プロセッサ２４に提供するようにさらに構成され、これにより、機械化プロセッサ２４を、ＮＭＲジャイロシステム１０の見かけの回転角を誤差信号ＥＲＲに基づいて計算するように構成することができる。その結果、機械化プロセッサ２４は、実質的に均一な磁場ＢＥの大きさの誤差をＮＭＲジャイロシステム１０の回転角の計算から実質的に相殺することができる。一例として、誤差信号ＥＲＲは、第１のジャイロ磁気アイソトープ１６および第２のジャイロ磁気アイソトープ１８のうち片方または両方に関連する位相誤差情報を含み得る。そのため、機械化プロセッサ２４は、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のうち１つにおける既知の位相角度誤差をＮＭＲジャイロシステム１０の回転角から減算することができる。よって、ＮＭＲジャイロシステム１０は、ＮＭＲジャイロシステム１０の回転角測定を典型的なジャイロスコープシステムの場合よりもより高精度にすることができる。
【００１８】
ＮＭＲジャイロシステム１０は、図１の例に限定されないことが理解されるべきである。一例として、ＮＭＲジャイロセル１２は、第１のジャイロ磁気アイソトープ１６および第２のジャイロ磁気アイソトープ１８以外のさらなるジャイロ磁気アイソトープを含み得る（例えば、合計で３個のジャイロ磁気アイソトープ）。加えて、図１中のＮＭＲジャイロシステム１０は、図示を簡潔にするために簡略化されているため、さらなる構成要素がＮＭＲジャイロシステム１０内に含まれ得ることが理解されるべきである。よって、ＮＭＲジャイロシステム１０は、多様な様態で構成することが可能である。
【００１９】
図２は、本発明の一態様によるＮＭＲジャイロシステム５０の別の例を示す。ＮＭＲジャイロシステム５０は、図１の例中のＮＭＲジャイロシステム１０と実質的に同様に構成することができる。詳細には、ＮＭＲジャイロシステム５０は、感度軸５１周囲の回転角θＧを測定するように構成され得る。よって、ＮＭＲジャイロシステム５０は、飛行機および／または宇宙船用のナビゲーションシステムにおいて実行しかつ／または上記の図１の例と同様の多軸ジャイロシステムの一部として実行することができる。よって、図２中、図１と同様の参照符号が用いられる。
【００２０】
ＮＭＲジャイロシステム５０は、ＮＭＲジャイロセル１２を含む。図２の例において、ＮＭＲジャイロセル１２が円筒状である様子が図示されている。しかし、ＮＭＲジャイロセル１２は、多様な形状のうちの任意の形状をとり得る（例えば、立方体または球状）ことが理解されるべきである。ＮＭＲジャイロセル１２は、アルカリ金属１４を含む。アルカリ金属１４は、図２中においてＮＭＲジャイロセル１２中に常駐する蒸気として図示されている。ＮＭＲジャイロセル１２はまた、図２中に図示される第１のジャイロ磁気アイソトープ１６および第２のジャイロ磁気アイソトープ１８を含む。ＮＭＲジャイロシステム５０はまた、磁場発生器２０を含む。磁場発生器２０は、実質的に均一な磁場ＢＥをＮＭＲジャイロセル１２を通じて感度軸５１に対して実質的に平行な方向において生成する。図１において上記した記載と同様に、磁場発生器２０は、ＮＭＲジャイロセル１２を実質的に包囲する磁気ソレノイドとして構成され得る。加えて、ＮＭＲジャイロシステムは、刺激磁場発生器５２を含む。刺激磁場発生器５２は、実質的に均一な磁場ＢＥに対して実質的に垂直な方向において刺激磁場ＢＳを生成するように構成される。
【００２１】
実質的に均一な磁場ＢＥおよび刺激磁場ＢＳに応答して、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８は、感度軸５１の周囲において歳差運動する。図２の例において、第１のジャイロ磁気アイソトープ１６は、ＮＭＲジャイロセル１２の上部に対して時計回り方向において周波数ωＡにおいて歳差運動する。第２のジャイロ磁気アイソトープ１８は、ＮＭＲジャイロセル１２の上部に対して反時計回り方向周波数ωＢにおいて歳差運動する。歳差運動の周波数ωＡおよびωＢは、実質的に均一な磁場ＢＥに応答して個々の不均等な大きさを持ち得、実質的に均一な磁場ＢＥの変化に相対して異なる量だけ大きさを変化させることができる。
【００２２】
実質的に均一な磁場ＢＥに加えて、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８は、ＮＭＲジャイロセル１２内の局所的磁場ＢＬも受ける。局所的磁場ＢＬは、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８がアルカリ金属１４と相互作用した際に発生し得る。詳細には、アルカリ金属１４を光ポンプビームＯＰＭＰによって光ポンプすることにより、アルカリ金属１４ならびに歳差運動するジャイロ磁気アイソトープ１６および１８を、スピン交換プロセスにおいて実質的に均一な磁場ＢＥとアライメントさせる。よって、このスピン交換プロセスにより、以下により詳細に説明するような局所的磁場ＢＬが発生する。局所的磁場ＢＬは、均一な磁場ＢＥに対して実質的に平行であり、よって感度軸５１に対して実質的に平行である。一例として、局所的磁場ＢＬの方向は、光ポンプビームＯＰＭＰの偏光方向に応じて、実質的に均一な磁場ＢＥと同一または反対方向である。局所的磁場ＢＬは、各ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８に対し、異なる様態で歳差運動周波数ωＡおよびωＢへ正味の影響を持ち得る。詳細には、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の質量により、各ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８に対する局所的磁場ＢＬの影響が決定される。ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の質量の差に起因して、アルカリ金属粒子１４とジャイロ磁気アイソトープ１６および１８とが短命の分子中において結合している際、質量シフトが低減し得る。従って、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８において、異なる磁気モーメントが発生し得る。
【００２３】
ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のアイソトープ質量による影響に加えて、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のネットスピン（例えば、双極子、四極子）によって生成される各磁場の特性は、各ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８において発生する正味の磁気モーメントにおいて役割を果たす。例えば、１２９Ｘｅは双極性磁気モーメントを有し、１３１Ｘｅは、双極性モーメント、四重極モーメントおよび八重極磁気モーメントを有する。その結果、１２９Ｘｅの歳差運動周波数に対する局所的磁場ＢＬの影響は、１３１Ｘｅに対する影響と大幅に異なり得る。
【００２４】
ＮＭＲジャイロシステム５０は、角回転センサー２２をさらに含む。角回転センサー２２は、光ポンプビームＯＰＭＰを生成するように構成されたポンプレーザー５３を含む。一例として、光ポンプビームＯＰＭＰは、円形偏光であり得る。図２の例においては、感度軸５１に対して横断方向において光ポンプビームＯＰＭＰがＮＭＲジャイロセル１２に提供される様子が図示されているが、光ポンプビームＯＰＭＰは多様な方向（例えば、感度軸５１に対して実質的に平行な方向）において設けることが可能であることが理解される。光ポンプビームＯＰＭＰがＮＭＲジャイロセル１２に提供されると、ＮＭＲジャイロセル１２中のアルカリ金属１４が光ポンプされて、これにより、アルカリ金属１４のスピンが実質的に均一な磁場ＢＥとアライメントされる。これに応答して、スピン交換プロセスに起因して、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８は、光ポンプビームＯＰＭＰに対してもスピンアライメントされる。
【００２５】
一例として、光ポンプビームＯＰＭＰによってポンプされた後、アルカリ金属１４を構成する原子は、各電子偏光を急速に失い得、その結果実質的にランダム配向され得る。ランダム配向は、例えば、他の原子との衝突、実質的に均一な磁場ＢＥとアライメントしていない原子との衝突および／または実質的に均一な磁場ＢＥとアライメントしている他の原子との衝突（例えば、Ｃｓ−Ｘｅスピン交換衝突プロセスに基づくもの）に起因して発生し得る。ポンプビームＯＰＭＰとの相互作用に起因してアルカリ金属１４が特定の状態およびエネルギーレベルに到達すると、アルカリ金属１４は、力により実質的に均一な磁場ＢＥとアライメントされる。感度軸５１を横断する磁場（例えば、例えば関連する磁気シールド（図２の例中図示せず）によって軽減可能なもの）が無くなると、スピン交換光ポンプされたジャイロ磁気アイソトープ１６および１８（例えば、Ｘｅ）は、歳差運動しなくなる。しかし、感度軸５１を横断する磁場がジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の共鳴ラーモア周波数に付加され、その結果、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８は感度軸５１の周囲において歳差運動する。その結果、ネットトルクがジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のスピンに作用し得る。このスピンは、振動横断場の例において、各固有ラーモア周波数と共鳴し得、これにより、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８それぞれのスピンアライメント原子が同相で歳差運動する。アルカリ金属１４のフルポンプ原子の電子スピン上のトルクの大きさは、各ポンプ原子の磁気モーメントと実質的に均一な磁場ＢＥとの間の角度と、刺激磁場ＢＳの大きさとの関数であり得る。
【００２６】
実質的に均一な磁場ＢＥの大きさに起因して、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のうち１つ以上のラーモア歳差運動期間は、アルカリ金属１４の原子がより低い偏極スピン状態に戻るのに必要な時間と比較して長い場合がある。このようなより低い偏極スピン状態から、光ポンプビームＯＰＭＰによってこれらの原子を再ポンプすることができる。そのため、光ポンプビームＯＰＭＰに起因して実質的にアルカリ金属１４の原子が実質的に均一な磁場ＢＥとアライメントされている間、アルカリ金属１４の他の事前にアライメントされた原子は、実質的に均一な磁場ＢＥのＤＣ部分とアライメントされた状態から外れる。ＮＭＲジャイロセル１２中のアルカリ金属１４の極めて多数の原子の光ポンプの正味の結果として、局所的磁場ＢＬが生成される。図２の例中、局所的磁場ＢＬが実質的に均一な磁場ＢＥに対して実質的に平行である様子が図示されている。しかし、局所的磁場ＢＬは、光ポンプビームＯＰＭＰに対して実質的に平行な第２の方向成分も有する。一例として、局所的磁場ＢＬの正味の大きさおよび方向は、実質的に均一な磁場ＢＥの大きさおよびアルカリ金属１４の原子密度、および光ポンプビームＯＰＭＰの特性（例えば、方向、大きさ、および波長（オンまたはオフの共鳴）に基づき得る。
【００２７】
ＮＭＲジャイロシステム５０はまた、プローブビームＯＰＲＢを生成するプローブビーム源５４を含む。図２の例において、プローブビームＯＰＲＢは、実質的に均一な磁場ＢＥの方向に対して垂直な方向においてＮＭＲジャイロセル１２を通過する。プローブビームＯＰＲＢは、検出ビームＯＤＥＴとしてＮＭＲジャイロセル１２から退出する。光ポンプビームＯＰＭＰから発生したアルカリ金属１４のアライメントにより、プローブビームＯＰＲＢを変調して、検出ビームＯＤＥＴを生成する。詳細には、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のスピンアライメントおよび歳差運動に起因して、アルカリ金属１４の歳差運動が変調され、その結果光プローブビームＯＰＲＢが変調されて光検出ビームＯＤＥＴが生成され、これにより、検出ビームＯＤＥＴの変調は、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動に対応する。
【００２８】
光検出ビームＯＤＥＴは、角回転センサー２２内の１つ以上の光検出器５６へ提供される。光検出器５６は、光検出ビームＯＤＥＴを検出および復調するように構成される。このように、光検出器５６は、１組の信号ＰＲＥを生成するように構成される。これらの信号ＰＲＥはそれぞれ、各ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数ωＡおよびωＢに対応する。一例として、光検出ビームＯＤＥＴを復調およびフィルタリングすることにより、信号ＰＲＥを別個の関数（例えば、ベッセル関数）として生成することができる。この関数はそれぞれ、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８それぞれの３６０度回転全体に対応する期間を有する。信号ＰＲＥは、信号プロセッサ５８へ提供される。信号プロセッサ５８は、測定期間の長さを規定することと、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動角度θＡおよびθＢをこの期間における各信号ＰＲＥに基づいて測定することとを行うように構成される。
【００２９】
信号プロセッサ５８は、信号ＰＲＥの測定可能条件を測定パルスとして規定することができる。これらの測定パルスは、各ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の回転の全体または全体の一部に対応する。例えば、信号プロセッサ５８は、１組の測定パルスを各信号ＰＲＥの立ち上がりエッジゼロ交差部として設定するように構成され、これにより、各測定パルスは、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８それぞれの３６０度回転全体に対応し得る。別の例として、信号プロセッサ５８は、測定パルスを信号ＰＲＥそれぞれの任意のゼロ交差部として設定するように構成され得、これにより、各測定パルスは、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８それぞれの１８０度回転に対応し得る。さらに別の例として、信号プロセッサ５８は、信号ＰＲＥそれぞれの第１の導関数または整数の任意のゼロ交差部または任意のゼロ値として測定パルスを設定するように構成され得、これにより、各測定パルスは、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８それぞれの９０度回転に対応し得る。
【００３０】
図２の例において、信号プロセッサ５８は、磁場誤差制御器２６を含む。磁場誤差制御器２６は、誤差信号ＥＲＲを生成するように構成される。図１の例において上述したように、誤差信号ＥＲＲは、フィードバック信号として磁場発生器２０に提供され、これにより実質的に均一な磁場ＢＥが所望の大きさで維持される。例えば、局部発振器信号ＬＯのうち１つは、実質的に均一な磁場ＢＥの存在下におけるジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数の合計の予測周波数に対応し得る。よって、磁場誤差制御器２６は、信号ＰＲＥに基づいて信号プロセッサ５８によって測定されたようなジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数の合計と、局部発振器信号ＬＯによって規定された基準周波数とを比較するように構成され得る。よって、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数の合計と基準周波数との間の差は、実質的に均一な磁場ＢＥの誤差に対応する。従って、誤差信号ＥＲＲを磁場発生器２０に提供することで、実質的に均一な磁場ＢＥの大きさを誤差信号ＥＲＲに基づいて調節して、検出された磁場誤差を補償する。
【００３１】
図２中、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のうちの１つの歳差運動角度をθＩＳＯとして図示している。この角度θＩＳＯは、機械化プロセッサ２４に提供される。一例として、歳差運動角度θＩＳＯは、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のうちの１つの最も低速の歳差運動に対応し得る。よって、機械化プロセッサ２４は、感度軸５１の周囲のＮＭＲジャイロシステム５０の回転角θＧを歳差運動角度θＩＳＯに基づいて計算することができる。加えて、誤差信号ＥＲＲも機械化プロセッサ２４に提供され、これにより、機械化プロセッサ２４は、回転角θＧを計算する際において、実質的に均一な磁場ＢＥの大きさの誤差を補償することができる。一例として、誤差信号ＥＲＲは、第１のジャイロ磁気アイソトープ１６および第２のジャイロ磁気アイソトープ１８の片方または両方に関連する位相誤差情報を示し得る。従って、機械化プロセッサ２４は、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のうちの１つの既知の位相角度誤差をＮＭＲジャイロシステム５０の見かけの回転角から減算することができる。
【００３２】
一例として、誤差信号ＥＲＲは誤差電圧として構成され得、その大きさは、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数の合計と、局部発振器信号ＬＯによって示される基準周波数との間の位相差に線形的に比例する。この誤差電圧は、局部発振器信号ＬＯによって示される基準周波数とほぼ同じ周波数において更新され得る。詳細には、誤差電圧の大きさは、経時的に統合される各位相差サンプルを示すこともできるし、あるいは、各位相差サンプルの経時的平均を示すこともできる。そのため、誤差電圧は、（例えば、関連するソレノイドを通じて電圧のＤＣ成分を調節するために）電圧制御信号として磁場発生器２０へ提供することができ、機械化プロセッサ２４によって実行されて、実質的に均一な磁場ＢＥの大きさの誤差に起因するジャイロ角度θＧの補正を実質的に迅速に行うことができる。
【００３３】
別の例として、図２の例において、誤差信号ＥＲＲは、磁場発生器２０へ提供される第１の信号（例えば、上記した誤差電圧）と、機械化プロセッサ２４へ提供される別個の第２の信号とを示し得る。例えば、誤差信号ＥＲＲを、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数の合計と局部発振器信号ＬＯによって示される基準周波数との間の位相差についての情報に対応するデジタル信号として機械化プロセッサ２４に提供することができる。詳細には、上述したように、機械化プロセッサ２４は、歳差運動しているジャイロ磁気アイソトープ１６および１８のうちの１つの各歳差運動角度サンプルに基づいて、ＮＭＲジャイロシステム５０の回転角θＧを計算することができる。一方、磁場誤差制御器２６は、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数の合計と、局部発振器信号ＬＯの周波数における基準周波数との間の位相差のサンプルを計算することができ、よって、この位相差は、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数のいずれかの歳差運動周波数よりも大きい。従って、機械化プロセッサ２４へ提供される誤差信号ＥＲＲを、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数のいずれかの歳差運動角度サンプルそれぞれに対応する１組の平均位相差サンプルとして構成することができる。よって、機械化プロセッサ２４は、ジャイロ磁気アイソトープ１６および１８の歳差運動周波数のいずれかの各歳差運動角度サンプルから誤差信号ＥＲＲによって示される平均位相差を減算して、ＮＭＲジャイロシステム５０の回転角θＧを計算することができる。
【００３４】
誤差補正に基づいて、機械化プロセッサ２４は、典型的なジャイロスコープシステムの場合よりも、ＮＭＲジャイロシステム５０の回転角測定をより高精度にすることができる。ＮＭＲジャイロシステム５０は、図２の例に限定されないことが理解される。詳細には、ＮＭＲジャイロシステム５０の図示を簡略化しているが、角回転センサー２２内にさらなる成分を含めることも可能である。一例として、角回転センサー２２内に磁場発生器を含めることで、感度軸５１を横断するさらなる磁場を提供して、アルカリ金属粒子１４をジャイロ磁気アイソトープ１６および１８とアライメントさせる際に光ポンプビームＯＰＭＰと協働させる。さらに、ＮＭＲジャイロシステム５０内に他の配置構成の光信号源を設けてもよい。一例として、光ポンプビームＯＰＭＰを実行して、光検出信号ＯＤＥＴを生成することも可能である（例えば、特定の角度（例えば、回転軸に対して４５°）でＮＭＲジャイロセルへ提供された単一の平行ビームとして実行された光ポンプビームＯＰＭＰに基づいたもの）。よって、単一の平行ビームにより、ＮＭＲジャイロセル１２内において垂直成分を得ることができる。これらの成分双方は、アルカリ金属１４をポンプし、光検出ビームＯＤＥＴを生成する。よって、ＮＭＲジャイロシステム５０は、多様な様態のうち任意の様態で構成することができる。
【００３５】
図３は、本発明の態様による３軸ジャイロシステム１００の一例を示す。一例として、３軸ジャイロシステム１００は、多様なナビゲーション制御システム（例えば、飛行機および／または宇宙船用のもの）あるいはヨー、ピッチおよびロール回転運動情報を監視するデバイスのうち任意のものにおいて実行することができる。
【００３６】
３軸ジャイロシステム１００は、Ｘ軸ジャイロシステム１０２、Ｙ軸ジャイロシステム１０４およびＺ軸ジャイロシステム１０６を含む。一例として、Ｘ軸ジャイロシステム１０２、Ｙ軸ジャイロシステム１０４およびＺ軸ジャイロシステム１０６はそれぞれ、図２の例中のＮＭＲジャイロシステム５０と実質的に同様に構成することが可能である。図３の例において、Ｘ軸ジャイロシステム１０２は、Ｘ軸周囲において感度軸を持ち得、Ｙ軸ジャイロシステム１０４は、Ｙ軸周囲において感度軸を持ち得、Ｚ軸ジャイロシステム１０６は、Ｚ軸周囲において感度軸を持ち得る。図３の例中、ＮＭＲジャイロセル１０８、１１０および１１２それぞれの回転軸をデカルト座標系１１４によって示す。よって、Ｘ軸ジャイロシステム１０２、Ｙ軸ジャイロシステム１０４およびＺ軸ジャイロシステム１０６はそれぞれ、上記したような磁場誤差補正を実行することができる。詳細には、Ｘ軸ジャイロシステム１０２、Ｙ軸ジャイロシステム１０４およびＺ軸ジャイロシステム１０６はそれぞれ、磁場誤差に関連する誤差信号を用いて、各ＮＭＲジャイロシステムの回転に関連する各回転角θＧ＿Ｘ、θＧ＿ＹおよびθＧ＿Ｚを補正することができる。よって、３軸ジャイロシステム１００は、Ｘ軸ジャイロシステム１０２、Ｙ軸ジャイロシステム１０４およびＺ軸ジャイロシステム１０６によって示される３本の感度軸全ての周囲における回転運動を磁場誤差補正に基づいてより高精度に測定することができる。
【００３７】
図３の例において、Ｘ軸ジャイロシステム１０２、Ｙ軸ジャイロシステム１０４およびＺ軸ジャイロシステム１０６がそれぞれ、各回転角θＧ＿Ｘ、θＧ＿ＹおよびθＧ＿Ｚを含む信号をモーションセンサー１１６に出力している様子が図示されている。よって、モーションセンサー１１６は、３軸ジャイロシステム１００を含む関連する車両またはデバイスの３軸回転運動の総計を決定するように構成することができる。従って、３軸ジャイロシステム１００を含む関連する車両またはデバイスのヨー、ピッチおよびロールを決定することができる。従って、モーションセンサー１１６は、３軸ジャイロシステム１００を含む関連する車両またはデバイスの３軸回転運動を表示、出力および／または報告するように構成することができる。
【００３８】
上記した構造的特徴および機能的特徴を鑑みて、本発明の多様な態様による方法が、図４を参照してより深く理解される。簡単を簡潔にするために、図４の方法を順次実行するものとして図示および記載しているが、本発明は記載の順序に限定されず本発明による、いくつかの態様を、異なる順序で行いかつ／または本明細書中に図示および記載される他の態様と同時に行ってもよいことが理解される。さらに、本発明の態様による方法を実行するために、必ずしも図示の特徴全てが必要なわけではない。
【００３９】
図４は、ＮＭＲジャイロシステムにおける磁場誤差を実質的に低減するための方法１５０の一例を示す。１５２において、密封ジャイロセルを通じて磁場を提供して、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープに歳差運動させる。ジャイロ磁気アイソトープは、多様なジャイロ磁気アイソトープのうち任意のものでよい（例えば、１２９キセノンおよび１３１キセノン）。磁場は、実質的に均一な磁場であり得る（例えば、密封ジャイロセルを実質的に包囲するソレノイドによって生成されたもの）。１５４において、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープの歳差運動に関連する周波数の合計または差と、基準周波数との間の差に基づいて、磁場の大きさと関連する誤差を測定する。基準周波数は、局部発振器（例えば、水晶振動子）によって生成され得、磁場の存在下における第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープに関連する歳差運動周波数の合計の所望の周波数を示し得る。
【００４０】
１５６において、測定された誤差に対応する誤差信号を生成する。誤差信号は誤差電圧であり得、その大きさは、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープに関連する歳差運動周波数の合計と、基準周波数との間の位相差に線形的に比例する。あるいは、誤差信号は、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープの歳差運動周波数のいずれかの各歳差運動角度サンプルに対応する位相差サンプルの平均に対応し得る。１５８において、誤差信号に応じて磁場の大きさを制御する。１６０において、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうち少なくとも１つの歳差運動角度を測定する。測定においては、ジャイロ磁気アイソトープのうちの最低の歳差運動を測定する。１６２において、測定歳差運動角度および誤差信号に基づいて、ＮＭＲジャイロスコープシステムの感度軸周囲の回転角を計算する。計算は機械化プロセッサによって行い、第１のジャイロ磁気アイソトープおよび第２のジャイロ磁気アイソトープのうちの１つの測定歳差運動角度またはジャイロセルの回転角から測定された誤差を減算する。
【００４１】
上述の内容は、本発明の例である。もちろん、本発明を説明する目的のために考えられる構成要素または方法のあらゆる組み合わせを記述することは不可能であるが、当業者であれば、本発明のさらなる組み合わせおよび置換が多数可能であることを認識するであろう。よって、本発明は、添付の特許請求の範囲の意図および範囲内に入るこのような多様な変更および改変を包含することが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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