[发明专利]一种基于DDS的原子磁强计相位闭环控制方法

说明书

本发明涉及一种基于DDS的原子磁强计相位闭环控制方法，本方法包括步骤一DDS频率信号的产生、步骤二磁共振激励信号的相位信息提取和步骤三闭环控制算法。本方法适合于碱金属原子磁强计磁共振信号相位闭环控制。本方法采用DDS技术以及数字锁相处理并闭环控制的方法，代替传统的PLL技术和模拟闭环控制方法。在保证原子磁强计磁场测量精度的基础上，提高了系统的实时性以及数据批量处理能力，提高了磁场的操控性能。

技术领域

本发明属于信号控制技术领域，特别涉及一种基于DDS的原子磁强计相位闭环控制方法。

背景技术

原子磁强计利用电子自旋或核自旋在磁场中的进动来测量磁场，具有精度高，体积小等优势，主要应用于地球磁场观测站与基准、水下目标探测以及航空物探等领域，在国民经济建设、国防发展等方面具有重要意义。当原子磁强计气室内的原子工作在共振状态时，磁共振激励信号与参考信号的相位差为常值，控制该相位差保持不变，即可维持气室内原子的共振状态，提高原子磁强计磁场测量能力。因此，为保证原子磁强计磁场测量精度，提高磁场操控性能，首先需要实现磁共振激励信号的高精度的相位闭环控制。

针对共振激励信号相位闭环控制过程中精度高、实时性强等特点，传统的PLL等方法频率转换时间长、分辨率低，很难满足要求。DDS是一种从相位概念出发，直接全数字的频率合成技术。相较于PLL等方法，其具有频率转换速率快、频率分辨率高、相位连续、相位噪声低和漂移小等优势，适应于原子磁强计的需求。

传统的相位提取过程中，模拟方法中的锁相环等技术虽然能实时提取系统相位信息，但可操控性不强。数字方法中的FFT算法虽然速度较快，但抗干扰能力有限；整周期截断DFT法对硬件要求高，而且难以保证采样点数为周期的整数倍。而基于互相关检测原理的数字锁相算法，大幅降低了系统相位解算算法的运算量，有效抑制了干扰噪声，提高了相位提取并闭环控制的操纵性。

发明内容

针对目前存在的问题，提出一种基于DDS的原子磁强计相位闭环控制方法,对磁共振激励信号相位闭环控制的硬件及软件进行搭建与设计，提高原子磁强计磁场测量性能。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于DDS的原子磁强计相位闭环控制方法，本方法包括步骤一DDS频率信号的产生、步骤二磁共振激励信号的相位信息提取和步骤三闭环控制算法。

一种基于DDS的原子磁强计相位闭环控制方法，所述步骤一DDS频率信号的产生，DDS频率信号的产生主要由FPGA和DAC来实现，其主要包括相位累加器，正弦ROM查找表和DAC等部分组成，输出频率表示为：

由上式可知，输出频率f₀与频率控制字K、参考时钟f_c和相位累加器的位数N有关，而DDS就是通过改变频率控制字K的大小来实现频率的调整。

一种基于DDS的原子磁强计相位闭环控制方法，所述步骤二磁共振激励信号的相位信息提取，磁共振激励信号的相位信息提取，使用双通道高速同步采样AD芯片，对磁共振激励信号及参考信号进行同步采样，并利用DSP实现数字锁相算法；

设同频输入信号和参考信号的表达式分别为：

x_A＝A sin(ωt+θ_A)

x_B＝B sin(ωt+θ_B) (2)

则两路信号相关检测的结果可表示为：