引 言
探地雷达是近10年敏捷发展起来的一种无损勘探新技能，它具有勘探速度快、高空间分辩率、对方针的三维电磁特征灵敏、可完结接连透视扫描以及二维五颜六色图画实时显现等长处。
现在已在工程勘测、水利危险勘探、工程质量检测、地下管网勘探以及考古等范畴得到了广泛运用。
跟着雷达技能的敏捷发展，人们对雷达信号的要求也越来越高。高精度、高扫描率、高抗干扰性、低截获率成为人们寻求的方针。满意这种需求除了靠发生杂乱的雷达波形外，还需求在雷达体系中运用高功能的器材。
直接数字频率组成办法具有传统办法所不具备的许多杰出的长处：高频率分辩率、高频率切换速度、频率切换时相位坚持接连、超宽的频率规模、能完结各种调制波和恣意波形的发生以及易于完结全数字化的规划等。AD9959是一款高功能DDS（直接数字频率组成器）芯片，可便利快速地发生线性调频、单频脉冲及步进频率信号，其作业频率高达500 MHz，杂散功能指标更高于曾经的产品。
1、体系组成及作业原理
1.1探地雷达勘探原理
GPR（探地雷达）是运用高频电磁波（1 MHz～1 000 MHz）以脉冲的方法发射电磁波，雷达波在地下介质中传达时，遇到存在电性差异的地下介质或方针体时，电磁波便发生反射，依据接纳天线接纳到回波的波形、强度、电性及几许形状进行处理、剖析，然后到达对地下方针体的勘探，如图1所示。现在运用较多的是无载频脉冲体系（Impulse）、FMCW（调频接连波）及SFCW（步进频率接连波）体系。
典型的步进频率探地雷达发送N个相参脉冲，其脉间频率一般以一个固定的频率增量△f递加，如图2所示。
一个脉冲帧中第n个脉冲的信号频率能够表明为：
式中：f0为射频，也是开始频率；τ为每个脉冲的脉宽，T为脉间间隔，可依据含糊间隔调整。
N个脉冲组成一脉冲帧。帧时刻即发射N个脉冲的时刻，又称为CPI（相关处理间隔）。这种信号的有用带宽为Beff≡N△f，因为一般要求△f≤1／τ，因而，进步信号有用带宽能够经过加大N。相应的信号是Acos 2π（f0+n△f）t。假定信号在均匀介质中传达的速度为v，一个间隔R的点方针回波可表明为WR
式（4）符号后第1项是常相移项，没有意义，第2项是频率改变率△f／T和双程时差的乘积。这样间隔转化成频移，因而，能够经过频率分辩到达分辩和丈量间隔的意图。因为间隔的丈量是由DFT（离散傅里叶变换）完结，间隔分辩力△R和无含糊间隔Ru别离依赖于DFT的频率分辩率和最大无含糊频率丈量。这便是步进频率接连波体系雷达的作业原理。
1.2体系整体方案规划
体系选用外差式结构，规划体系整体框图如图3所示。
CO（相干振荡器）是一个10.7 MHz的点频源。步进频率组成器AD9959发生频率规模在20 MHz～140 MHz的步进本振信号，与CO混频后，发生射频信号，经PA（功率扩大器）扩大，经过天线发射出去。接纳到的回波信号经LNA（低噪声扩大器）扩大，与步进本振混频，得到IF（中频信号）。IF信号经带通滤波和扩大后，与CO进行相干检波，得到I、Q信号。I、Q信号别离经滤波后，送入A／D转化器进行数据收集，所收集的数据经USB接口送给PC进行数据处理作业。在雷达体系中，由单片机和CPLD（杂乱可编程逻辑操控器）完结体系的操控和发生各种时序。
为了校对体系在各个频点的相位初值，体系要进行校对。用同轴电缆和衰减器将体系的发射和接纳端口衔接起来，能够进行体系的校对作业。
2、 AD9959作业原理、特性和运用
2.1 AD9959的作业原理和特性
高功能DDS芯片AD9959是美国AD公司选用先进的DDS技能出产的4通道、10位D／A转化器、最高时钟为500 MHz的高集成度频率组成器，可便利快速地发生线性调频、单频脉冲及步进频率信号。AD9959答应对4个内部同步输出通道独立编程，能够对多通道信号之间的不平衡供应有用的校对操控，经过一个共用参阅时钟内部同步其独立的通道，每通道功耗小于165 mW。可编程的通道操控能够对因为模仿处理（例如滤波、扩大）或许PCB（印制电路板）布线的失配而发生的外部信号通道的不均衡进行校对。假如需求添加通道，AD9959答应经过菊花链方法衔接附加的DDS芯片。每个通道都含有一个高速10位D／A转化器，每一个彻底可独立编程的通道都供应14位的相位偏移操控、32位频率分辩率操控和10位起伏操控。器材还支撑直接和线性扫描调制，一起能够到达大于65 dB的通道隔离度。集成的32位频率操控字在采样时钟为500 MSPS（百次采样每秒）时能够使每个通道的分辩率设置到116 MHz或小于116 MHz。
AD9959的内部结构如图4所示。
AD9959还有以下特性：内置500MSPS时钟下4通道DDS；增强性数据吞吐串行I／O口；两层电源供应体系（DDS中心为1.8 V，串行I／O口为3.3 V）；可完结多片同步；可运用PLL（锁相环）4倍～20倍倍频等。
DDS技能是一种用来从固定频率时钟源发生模仿输出波形或许时钟信号的数字技能。ADI公司完好的DDS解决方案在从测验和丈量设备到无线和卫星通信等范畴得到了广泛的运用，它运用一个内置高功能D／A转化器以将参阅频率转化成受极精密频率操控的采样正弦波。DDS器材正在逐步成为一种十分吸引人的替代传统的跳模仿组成器解决方案，因其能供应相当大的功能优势，例如具有无与伦比的输出匹配，简略组成正交和其相位联系的输入信号，以及十分快速的频率改变。数字操控不再需求手动体系调整，然后能够很便利地供应输出频率。
2.2 AD9959在超宽带步进频率探地雷达中的运用
AD9959合适要求高达200 MHz的杂乱高速频率组成的运用，包含相位阵列雷达和声纳体系、自动测验设备、医学成像和光通信体系。
步进频率发生模块首要由DDS和相应的外围电路组成如图5所示。
DDS选用ADI的AD9959芯片，时钟选用20 MHz的晶振，在DDS内部倍频到400 MHz。在以C8051F系列单片机及CPLD为中心的主控模块的操控下，发生20 MHz～140 MHz的步进本振信号。一起，相干振荡器发生10.7 MHz的点频信号，该信号与步进本振进行相干调制，能够发生30 MHz～150 MHz的射频信号，然后完结了超宽带步进频率探地雷达中步进频率源的规划。其间软件编程的首要作业是依照必定的要求核算频率操控字，并将其送到AD9959的频率操控字寄存器中。以AD9959为中心的步进频率发生模块依据其频率操控字寄存器中的频率操控字，就能够生成相应的波形。
3、结束语
DDS是一种用来从固定频率时钟源发生模仿输出波形或许时钟信号的数字技能，AD9959合适要求高达200 MHz的杂乱高速频率组成的运用，包含超宽带步进频率雷达、相位阵列雷达和光通信体系。AD9959集成了D／A转化、SPI和CP，具有频率转化时问短、输出频带宽的长处，能够满意对低相位噪声、低杂散噪声、快速频率切换以及宽带线性扫描的要求，还能够运用到跳频通信中。选用该芯片规划的信号源结构简略、功能强大、抗干扰性优胜，具有杰出的性价比。
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