论文摘要：基于原子自旋进动检测的锁相放大器研制

锁相放大器是目前科学研究中用来从强噪声背景中提取微弱有用信号的常用仪器。它利用相敏检测技术，能够识别出仅与参考信号相关的有用信号，从而消除噪声干扰，实现精确测量。本课题研制的锁相放大器的检测对象是原子自旋进动检测过程中采用法拉第调制产生的电信号。针对被测信号特征，完成了采用正交解调算法和基于DDS（直接数字频率合成）的产生参考信号的数字锁相放大器研制。本论文的主要内容如下：

借助被测信号的功率谱度图，分析了被测信号特征，结合需求分析，确定了总体设计方案。对信号检测原理中的互相关函数和互相关检测原理进行了理论分析。

采用建立电路模型和软件仿真结合的办法，完成了锁相放大器的信号调理电路和FPGA最小系统的设计。设计完成后采用Multisim软件对信号调理电路中的前置放大电路和二阶带通滤波电路进行了仿真。

利用DSP Builder设计平台，完成数字相关解调算法的设计，包括正交参考信号发生器，数字乘法器，低通滤波器和矢量计算模块的设计，并在设计完成后对各个模块进行了仿真验证，证明设计可行。

搭建实验测试平台。在实验条件下，利用信号发生器产生不同幅值和信噪比的待测信号对设计的锁相放大器的准确性，稳定性和抗噪性进行了测试。测试结果表明，在没有人为引入噪声的情况下，系统的最小相对误差小于0.3%，在待测信号中添加噪声后，当信噪比大于-40dB时系统的测量值相对误差误差小于1%。在实验现场进行了测试，测试结果表明成功的提取到了微弱的有用信号。

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