基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制方法及系统，包括：基于DDS技术生成数字参考信号和磁场激励信号；获取原子气室的磁共振信号；对数字参考信号和磁共振信号分别进行滤波处理以及对每个运算周期内的数字参考信号和磁共振信号的滤波参数进行调整；计算获取磁共振信号和数字参考信号之间的相位差；对磁共振信号和数字参考信号之间的相位差进行相位补偿；根据磁共振信号和磁场激励信号之间的相位差与期望相位差之间的差值调整数字参考信号和磁场激励信号的频率完成磁共振信号相位闭环控制。应用本发明专利技术的技术方案，以解决现有技术中相位解调方法的噪声干扰大且计算结果随环境温度变化具有较大的漂移的技术问题。的技术问题。的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及原子磁强计相位控制
，尤其涉及一种基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制方法及系统。

技术介绍

[0002]碱金属原子磁强计利用电子自旋或核自旋在磁场中的进动测量磁场，具有精度高、体积小等优势，主要用于地球磁场测量、脑磁心磁等生物弱磁测量以及水下、水面和航空目标探测等方面，在国民经济建设和国防领域具有重要意思。碱金属原子磁强计测量地球磁场时，要求原子气室内的原子工作在共振状态，此时激励信号和磁共振信号频率相同，相位差为常值，原子磁强计具有最高的灵敏度和稳定性。因此，为提高磁场测量稳定性，首先要实现磁共振信号相位的高精度闭环控制。
[0003]传统的模拟相位解调控制方式是通过基于模拟乘法器的方法实现。由于模拟乘法器是全带宽范围内信号的处理，非有用信号频段的噪声会直接影响待测信号相位的解调计算，带来噪声干扰；而且模拟乘法器的计算结果随环境温度变化具有较大的漂移，难以满足原子磁强计工程环境应用需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制方法及系统，能够解决现有技术中相位解调方法的噪声干扰大且计算结果随环境温度变化具有较大的漂移的技术问题。
[0005]根据本专利技术的一方面，提供了一种基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制方法，基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制方法包括：基于DDS技术生成数字参考信号和磁场激励信号；根据磁场激励信号对原子气室进行磁场激励，获取原子气室的磁共振信号；对数字参考信号和磁共振信号分别进行滤波处理以获取滤波参考信号和滤波磁共振信号，根据数字参考信号和磁共振信号的信号频率对每个运算周期内的数字参考信号和磁共振信号的滤波参数进行调整，实现对数字参考信号和磁共振信号的变参数控制；根据滤波参考信号和滤波磁共振信号计算获取磁共振信号和数字参考信号之间的相位差；对磁共振信号和数字参考信号之间的相位差进行相位补偿以获取磁共振信号和磁场激励信号之间的相位差；将磁共振信号和磁场激励信号之间的相位差与期望相位差相比较，当磁共振信号和磁场激励信号之间的相位差与期望相位差不相等时，调整数字参考信号和磁场激励信号的频率，直至磁共振信号和磁场激励信号之间的相位差等于期望相位差，完成磁共振信号相位闭环控制。
[0006]进一步地，对磁共振信号和数字参考信号之间的相位差进行相位补偿以获取磁共振信号和磁场激励信号之间的相位差具体包括：根据滤波参考信号和滤波磁共振信号进行数字互相关运算和数字自相关运算以获取第一自相关运算量、第二自相关运算量和互相关运算量，根据第一自相关运算量、第二自相关运算量和互相关运算量计算获取磁共振信号
和参考信号的相位差。
[0007]进一步地，对磁共振信号和数字参考信号之间的相位差进行相位补偿以获取磁共振信号和磁场激励信号之间的相位差具体包括：计算获取系统相位滞后和相位漂移，根据系统相位滞后和相位漂移对磁共振信号和数字参考信号之间的相位差进行相位补偿以获取磁共振信号和磁场激励信号之间的相位差。
[0008]进一步地，基于DDS技术生成数字参考信号和磁场激励信号具体包括：利用DDS内核单元生成第一数字信号和第二数字信号，将第一数字信号作为数字参考信号，对第二数字信号进行数模转换以获取磁场激励信号。
[0009]进一步地，数字参考信号和磁共振信号的滤波处理结果均可根据Y
N
＝a0X
N
‑2+a1X
N
‑1+a2X
N
+b1Y
N
‑1+b2Y
N
‑2来获取，其中，X
N
为当前时刻输入值，X
N
‑1为前一时刻输入值，X
N
‑2为前两时刻输入值，Y
N
‑1为前一时刻滤波结果，Y
N
‑2为前两时刻滤波结果，a0、a1、a2、b1和b2为滤波系数。
[0010]进一步地，第一自相关运算量X
AA
、第二自相关运算量X
BB
和互相关运算量X
AB
可根据计算获取，其中，X
APF
为滤波参考信号，X
BPF
为滤波磁共振信号，A为数字参考信号幅度，B为磁共振信号幅度，θ
APF
为滤波后的数字参考信号相位，θ
BPF
为滤波后的磁共振信号相位。
[0011]进一步地，磁共振信号和数字参考信号之间的相位差Δθ可根据计算获取。
[0012]进一步地，磁共振信号和磁场激励信号之间的相位差θ可根据计算获取，其中，为系统相位滞后，为相位漂移。
[0013]根据本专利技术的又一方面，提供了一种基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制系统，磁共振信号相位闭环控制系统使用如上所述的磁共振信号相位闭环控制方法进行磁共振信号相位闭环控制。
[0014]进一步地，磁共振信号相位闭环控制系统包括DDS内核单元、变参数控制单元、模数转换器、数模转换器、数字相关运算单元、相位补偿单元和PID闭环控制单元，DDS内核单元用于生成第一数字信号和第二数字信号，第一数字信号为数字参考信号，数模转换器用于对第二数字信号进行数模转换以获取磁场激励信号，模数转换器用于将模拟量的磁共振信号转换为数字量的磁共振信号，滤波及变参数控制单元用于对数字参考信号和磁共振信号分别进行滤波处理以获取滤波参考信号和滤波磁共振信号以及根据数字参考信号和磁共振信号的信号频率对每个运算周期内的数字参考信号和磁共振信号的滤波参数进行调整，数字相关运算用于对滤波参考信号和滤波磁共振信号进行数字自相关运算和数字互相关运算以获取磁共振信号和数字参考信号之间的相位差，相位补偿单元用于对磁共振信号和数字参考信号之间的相位差进行相位补偿以获取磁共振信号和磁场激励信号之间的相
位差，PID闭环控制单元用于根据磁共振信号和磁场激励信号之间的相位差与期望相位差之间的大小调整数字参考信号和磁场激励信号的输出频率以完成磁共振信号相位闭环控制。
[0015]应用本专利技术的技术方案，提供了一种基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制方法，该方法基于DDS技术和数字相关运算，可实现磁共振相位的数字提取；变参数控制可有效控制有用信号的处理带宽，降低频带内其他噪声的干扰，提高磁场解算精度；而相位补偿可大幅降低系统固有的相位滞后、相位漂移，提高磁场测量稳定性，保证系统环境适应性。因此，本专利技术所提供的磁共振信号相位闭环控制方法与现有技术相比，实现了磁共振信号相位闭环控制，降低了频带内其他噪声的干扰，提高了磁场解算精度；且大幅降低系统固有的相位滞后、相位漂移和温度漂移，提高了磁场测量稳定性、系统的相位解算精度、稳定性及工程环境适应能力，保证了系统的环境适应性。
附图说明
[0016]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制方法，其特征在于，所述基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制方法包括：基于DDS技术生成数字参考信号和磁场激励信号；根据所述磁场激励信号对原子气室进行磁场激励，获取所述原子气室的磁共振信号；对所述数字参考信号和所述磁共振信号分别进行滤波处理以获取滤波参考信号和滤波磁共振信号，根据所述数字参考信号和所述磁共振信号的信号频率对每个运算周期内的所述数字参考信号和所述磁共振信号的滤波参数进行调整，实现对所述数字参考信号和所述磁共振信号的变参数控制；根据所述滤波参考信号和所述滤波磁共振信号计算获取所述磁共振信号和所述数字参考信号之间的相位差；对所述磁共振信号和所述数字参考信号之间的相位差进行相位补偿以获取所述磁共振信号和所述磁场激励信号之间的相位差；将所述磁共振信号和所述磁场激励信号之间的相位差与期望相位差相比较，当所述磁共振信号和所述磁场激励信号之间的相位差与期望相位差不相等时，调整所述数字参考信号和所述磁场激励信号的频率，直至所述磁共振信号和所述磁场激励信号之间的相位差等于所述期望相位差，完成磁共振信号相位闭环控制。2.根据权利要求1所述的基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制方法，其特征在于，对所述磁共振信号和所述数字参考信号之间的相位差进行相位补偿以获取所述磁共振信号和所述磁场激励信号之间的相位差具体包括：根据所述滤波参考信号和所述滤波磁共振信号进行数字互相关运算和数字自相关运算以获取第一自相关运算量、第二自相关运算量和互相关运算量，根据所述第一自相关运算量、所述第二自相关运算量和所述互相关运算量计算获取所述磁共振信号和所述参考信号之间的相位差。3.根据权利要求2所述的基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制方法，其特征在于，对所述磁共振信号和所述数字参考信号之间的相位差进行相位补偿以获取所述磁共振信号和所述磁场激励信号之间的相位差具体包括：计算获取系统相位滞后和相位漂移，根据所述系统相位滞后和所述相位漂移对所述磁共振信号和所述数字参考信号之间的相位差进行相位补偿以获取所述磁共振信号和所述磁场激励信号之间的相位差。4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制方法，其特征在于，基于DDS技术生成数字参考信号和磁场激励信号具体包括：利用DDS内核单元(10)生成第一数字信号和第二数字信号，将所述第一数字信号作为数字参考信号，对所述第二数字信号进行数模转换以获取所述磁场激励信号。5.根据权利要求4所述的基于变参数控制的磁共振信号相位闭环控制方法，其特征在于，所述数字参考信号和所述磁共振信号的滤波处理结果均可根据Y
N
＝a0X
N
‑2+a1X
N
‑1+a2X
N
+b1Y
N
‑1+b2Y
N
‑2来获取，其中，X
N
为当前时刻输入值，X
N<...

【专利技术属性】
技术研发人员：万双爱，薛帅，秦杰，郭宇豪，魏克全，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：