磁场测量技术在科学研究和人类生活中扮演着越来越重要的角色，氦光泵磁力仪以其良好的性能受到广泛关注，并得到了长足发展，目前已广泛应用于空间磁测、军事反潜、生物医学等领域，氦光泵磁力仪的测量精度高，并且具有良好的实时性。氦光泵磁力仪对频率的跟踪能力反映仪器对外磁场的适应能力，如果将其应用在航空领域，或者磁场环境复杂多变的场合，则要求仪器对光磁共振频率有很快的跟踪速度，能够及时跟随外磁场的变化并锁定。本文介绍了氦光泵磁力仪的检测原理，跟踪方法和锁定过程，现将主要研究工作及成果归纳如下：1)从氦光泵磁敏传感器的基础理论出发，简述其输出信号作为受控对象的依据，结合闭合环路的工作过程，分析检测系统的原理和组成，提出氦光泵磁力仪的本质是对频率的跟踪和锁定，并且应当视为锁相环。2)根据氦光泵磁敏传感器的锁相环本质设计了磁共振信号模拟装置，利用调制域测频技术实现亥姆霍兹线圈的功能，接收闭合环路的反馈信号，同时生成基于FPGA的磁共振信号，以设定的频率模拟特定的磁场值。3)以最小偏差原则建立控制系统模型，并验证模型的合理性。采用比例积分微分(PID)控制，设计基于FPGA的数字控制器，根据Nichols-Ziegler参数整定方法选取控制器参数，提出控制器参数的选取原则，同时对系统的稳定性进行分析。4)分析采样率对跟踪性能的影响，在合理选取采样率的前提下设计了多抽样率滤波器，实现对磁场的快速跟踪，同时保证信号的抗混叠、不失真。5)对数字控制器进行功能仿真，对整机的跟踪性能和传感器模拟装置进行测试，对比不同控制参数的跟踪、锁定效果，设定合理的采样率，测试噪声的最低有效位，分析噪声来源，简述噪声对提高跟踪速度的限制。