在空间引力波探测及新一代低低跟踪卫星重力测量计划中,星间激光干涉测距都是关键技术之一,而实现弱光锁相则是建立卫星间应答的必要条件。为了进一步提高锁相精度、减少人为操作、匹配整体实验需求,在基于均衡式探测的零差锁相环基础上研究设计了外差式弱光锁相环。本文介绍了空间引力波探测和地球重力场测量的背景以及星间激光测距系统的工作原理,从我国的卫星重力场测量计划切入,详细分析了光学锁相环的原理、实现方案和研究现状,对比了零差式锁相环与外差式锁相环的区别;随后根据外差式锁相环设计要求,采用模拟电路设计方法对鉴相电路(包括带通滤波器、混频器、低通滤波器)和环路滤波器等进行了逐级设计并在Multi Sim软件上进行模拟仿真,在仿真实现功能后自制了外差式弱光锁相电路;最后对整个锁相实验进行了设计和初步实验检验。在外差式弱光锁相实验中,成功对功率为100μW的强光和功率为10n W的弱光进行了锁相,锁相残余相位误差为4×10-4rad?√[email protected],锁相时间可达10小时。与之前的零差式锁相环相比,减少了人为操作环节,提高了环路带宽,锁相残余相位误差可达同等水平并有望进一步降低。