题目：基于FPGA的光旋角检测系统的设计与实现

原子磁强计代表着人类最高磁测灵敏度。而光旋角检测是决定磁强计磁场探测指标的重要因素。本文围绕着光旋角检测的信号处理方法与工程实现，设计并实现了基于FPGA的光旋角检测系统，对装置的模块化和小型化有积极意义。

       在检测算法的设计上，提出基于降采样均值滤波的互相关检测方法，建立了完整的运算流程。该方法是在充分合理利用FPGA硬件资源的目标下，对正交矢量型互相关检测算法进行改进优化工作。通过计算分析了该滤波方法对噪声和杂波的抑制能力，并通过实验证明了该方法去除高斯噪声的性能。为后面章节的设计与工程实现提供了方法上的指引。

       基于降采样均值滤波互相关检测算法，利用FPGA完成了锁相放大器的工程实现。选取了满足实验要求的FPGA型号，依靠硬件描述语言、IP模块调用、DSP Builder原理图等多种方法实现了互相关检测的各个模块：参考信号及测试信号产生模块、乘法及开方运算模块、降采样均值低通滤波模块等。使用VHDL语言编辑顶层文件，经过调试和信号完整性分析，保证系统可正常工作。通过实验测定了该互相关检测系统的检波特性，得到了该检测系统的幅频响应、带宽、品质因数等性能参数，还进一步验证了系统抑制高斯噪声的能力。在综合分析系统性能的基础上，从算法和硬件两个角度提出了改进系统性能的可选措施。

       设计并实现了检测系统的前端信号预处理部分。设计了光电转换电路接收光信号，将光信号转化为电信号，实验测试了光电转换输出与输入比值的线性度。设计了带通滤波模块预处理电信号，并对滤波模块的主要参数进行了分析，以降低信号中高频或低频杂波的干扰。配置模数转换将电压信号转变为可被FPGA接收处理的电平信号。

       围绕光旋角检测实验，对检测信号进行了提取，并使用功率谱密度进行了信号成分分析，分析结果印证了系统互相关算法去噪能力的必要性，也说明了带通滤波预处理模块的重要性。设计并进行了光旋角检测实验，初步得到目标频率下光电流的幅值。