二维天线系统、用于定位目标的方法和设备技术方案

一种二维天线系统、用于定位目标的方法和设备，该二维天线系统包括发射天线阵列和接收天线阵列，发射天线阵列包括至少一根第一旋向的圆极化发射天线；接收天线阵列包括至少两根按第一方向排列的第二旋向的第一圆极化接收天线和至少两根按第二方向排列的第二旋向的第二圆极化接收天线，其中，第一方向与第二方向垂直，第一旋向与第二旋向相反。本申请提出的二维天线系统，可以应用于飞行器上，结构简单成本较低，通过设计互相垂直排列的圆极化接收天线，能够实现对目标的方位角和俯仰角的二维探测，为飞行器的避障提供参考信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二维天线系统、用于定位目标的方法和设备版权申明本专利文件披露的内容包含受版权保护的材料。该版权为版权所有人所有。版权所有人不反对任何人复制专利与商标局的官方记录和档案中所存在的该专利文件或者该专利披露。
本专利技术实施例涉及微波
，尤其涉及一种二维天线系统、用于定位目标的方法和设备。
技术介绍
一方面，随着飞行技术的发展，飞行器，例如，UAV(UnmannedAerialVehicle，无人驾驶飞机)，也称为无人机、无人飞行器，已经从军用发展到越来越广泛的民用，例如，UAV植物保护、UAV航空拍摄、UAV森林火警监控等等，而民用化也是UAV未来发展的趋势。另一方面，当前的雷达系统多应用于大型设备。大型设备利用雷达系统实现二维扫描的方案主要有以下几种。一种是在方位上安装能转动的平台，通过平台带动天线进行机械扫描；在俯仰上利用相控阵天线进行扫描。另一种是在方位上和俯仰上都安装能转动的平台，通过平台带动天线进行机械扫描，还有一种是设计多根天线、发射模块和接收模块，利用相控阵天线扫描。前两种方案利用机械方式进行二维扫描，转动的平台需要电机驱动，结构复杂，不适用于无人飞行器这种小型设备，而且成本较高。第三种方案需要多个发射模块和接收模块，同样会增加硬件成本和复杂度。目前尚没有结构简单低成本的应用于无人飞行器的避障的天线设计，尤其是二维避障的天线设计。
技术实现思路
本申请提供了一种二维天线系统、用于定位目标的方法和设备，可以应用于飞行器上，结构简单成本较低，能够实现对目标的方位角和俯仰角的二维探测。第一方面提供了一种二维天线系统，包括发射天线阵列和接收天线阵列，所述发射天线阵列包括至少一根第一旋向的圆极化发射天线；所述接收天线阵列包括至少两根按第一方向排列的第二旋向的第一圆极化接收天线和至少两根按第二方向排列的所述第二旋向的第二圆极化接收天线，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第一旋向与所述第二旋向相反。第二方面提供了一种用于定位目标的方法，包括：通过至少一根第一旋向的圆极化发射天线发射探测波；通过至少两根按第一方向排列的第二旋向的第一圆极化接收天线接收所述探测波的至少两束第一回波；通过至少两根按第二方向排列的所述第二旋向的第二圆极化接收天线接收所述探测波的至少两束第二回波，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第一旋向与所述第二旋向相反；根据所述至少两束第一回波的相位差和所述至少两根第一圆极化接收天线之间的间距，确定所述目标的俯仰角；根据所述至少两束第二回波的相位差和所述至少两根第二圆极化接收天线之间的间距，确定所述目标的方位角。第三方面提供了一种用于定位目标的设备，包括发射天线阵列、接收天线阵列和至少一个处理器，所述发射天线阵列包括：用于发射探测波的至少一根第一旋向的圆极化发射天线；所述接收天线阵列包括：至少两根第一圆极化接收天线，所述至少两根第一圆极化接收天线为用于接收所述探测波的至少两束第一回波的按第一方向排列的第二旋向的天线；至少两根第二圆极化接收天线，所述至少两根第二圆极化接收天线为用于接收所述探测波的至少两束第二回波的按第二方向排列的第二旋向的天线，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第一旋向与所述第二旋向相反；所述至少一个处理器用于：根据所述至少两束第一回波的相位差和所述至少两根第一圆极化接收天线之间的间距，确定所述目标的俯仰角；根据所述至少两束第二回波的相位差和所述至少两根第二圆极化接收天线之间的间距，确定所述目标的方位角。第一方面至第三方面，通过圆极化发射天线阵列发射探测波，通过互相垂直排列的圆极化接收天线阵列接收回波，可以实现对目标的方位角和俯仰角的二维探测，为飞行器的避障提供参考信息。第四方面提供了一种用于定位目标的方法，包括：通过按第一方向排列的第一旋向的第一圆极化发射天线和第二圆极化发射天线分时发射第一探测波和第二探测波，所述第一探测波和所述第二探测波之间具有第一相位差；通过按第二方向排列的第二旋向的第一圆极化接收天线和第二圆极化接收天线分别接收所述第一探测波的第一回波和第二回波，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第一旋向与所述第二旋向相反；通过所述第一圆极化接收天线接收所述第二探测波的第三回波，所述第一回波和所述第三回波具有第二相位差；根据所述第一回波和所述第二回波的相位差以及所述第一圆极化接收天线和所述第二圆极化接收天线之间的间距，确定所述目标的方位角；根据所述第一相位差、所述第二相位差以及所述第一圆极化发射天线和所述第二圆极化发射天线之间的间距，确定所述目标的俯仰角。第五方面提供了一种用于定位目标的设备，包括发射天线阵列、接收天线阵列和至少一个处理器，所述发射天线阵列包括：第一圆极化发射天线，所述第一圆极化发射天线为第一旋向的天线，用于发射第一探测波，第二圆极化发射天线，所述第二圆极化发射天线为第一旋向的天线，用于发射第二探测波，其中，所述第一圆极化发射天线和所述第二圆极化发射天线按第一方向排列，所述第一探测波和所述第二探测波之间具有第一相位差；所述接收天线阵列包括：第一圆极化接收天线，所述第一圆极化接收天线用于接收所述第一探测波的第一回波且为第二旋向的天线，所述第一圆极化接收天线还用于接收所述第二探测波的第三回波，其中，所述第一回波和所述第三回波具有第二相位差，第二圆极化接收天线，所述第二圆极化接收天线用于接收所述第一探测波的第二回波且为第二旋向的天线，其中，所述第一圆极化接收天线和所述第二圆极化接收天线按第二方向排列，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第一旋向与所述第二旋向相反；所述至少一个处理器用于：根据所述第一回波和所述第二回波的相位差以及所述第一圆极化接收天线和所述第二圆极化接收天线之间的间距，确定所述目标的方位角，根据所述第一相位差、所述第二相位差以及所述第一圆极化发射天线和所述第二圆极化发射天线之间的间距，确定所述目标的俯仰角。第四方面和第五方面，通过多个圆极化发射天线发射探测波，以及与多个圆极化发射天线的排列方式互相垂直的圆极化接收天线接收回波，可以实现对目标的方位角和俯仰角的二维探测，为飞行器的避障提供参考信息。附图说明图1是本专利技术一个实施例的无人飞行系统的示意性架构图。图2是本专利技术一个实施例的二维天线系统的示意图。图3是本专利技术一个实施例的用于定位目标的方法的示意图。图4是本专利技术一个实施例的用双通道测角法确定俯仰角的示意图。图5是本专利技术一个实施例的用双通道测角法确定方位角的示意图。图6是本专利技术一个实施例的用于定位目标的设备的示意性框图。图7是本专利技术另一个实施例的二维天线系统的示意图。图8是本专利技术另一个实施例的用于定位目标的方法的示意图。图9是本专利技术另一个实施例的确定俯仰角的示意图。图10是本专利技术另一个实施例的用于定位目标的设备的示意性框图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行描述。首先对无人飞行系统进行简单的介绍。图1是本专利技术一个实施例的无人飞行系统100的示意性架构图。本实施例以旋翼飞行器为例进行说明。无人飞行系统100可以包括UAV110、云台120、显示设备130和控制设备140。其中，UAV110可以包括动力组件150、飞行控制器160和传感系统170。UAV110可以与控制设备140和显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维天线系统，其特征在于，包括发射天线阵列和接收天线阵列，所述发射天线阵列包括至少一根第一旋向的圆极化发射天线；所述接收天线阵列包括至少两根按第一方向排列的第二旋向的第一圆极化接收天线和至少两根按第二方向排列的所述第二旋向的第二圆极化接收天线，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第一旋向与所述第二旋向相反。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种二维天线系统，其特征在于，包括发射天线阵列和接收天线阵列，所述发射天线阵列包括至少一根第一旋向的圆极化发射天线；所述接收天线阵列包括至少两根按第一方向排列的第二旋向的第一圆极化接收天线和至少两根按第二方向排列的所述第二旋向的第二圆极化接收天线，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第一旋向与所述第二旋向相反。2.根据权利要求1所述的二维天线系统，其特征在于，所述发射天线阵列包括至少两根所述圆极化发射天线，所述圆极化发射天线按所述第一方向排列。3.根据权利要求1或2所述的二维天线系统，其特征在于，所述第一旋向为左旋，所述第二旋向为右旋；或，所述第一旋向为右旋，所述第二旋向为左旋。4.根据权利要求1至3中任一项所述的二维天线系统，其特征在于，所述第一方向为竖直方向。5.根据权利要求1至4中任一项所述的二维天线系统，其特征在于，所述发射天线阵列包括两根按竖直方向排列的所述圆极化发射天线，所述接收天线阵列包括两根按竖直方向排列的所述第一圆极化接收天线和两根按水平方向排列的所述第二圆极化接收天线。6.一种用于定位目标的方法，其特征在于，包括：通过至少一根第一旋向的圆极化发射天线发射探测波；通过至少两根按第一方向排列的第二旋向的第一圆极化接收天线接收所述探测波的至少两束第一回波；通过至少两根按第二方向排列的所述第二旋向的第二圆极化接收天线接收所述探测波的至少两束第二回波，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第一旋向与所述第二旋向相反；根据所述至少两束第一回波的相位差和所述至少两根第一圆极化接收天线之间的间距，确定所述目标的俯仰角；根据所述至少两束第二回波的相位差和所述至少两根第二圆极化接收天线之间的间距，确定所述目标的方位角。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过至少一根第一旋向的圆极化发射天线发射探测波，包括：通过至少两根按所述第一方向排列的所述圆极化发射天线发射所述探测波。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一方向为竖直方向，并且其中，所述通过至少两根按所述第一方向排列的所述圆极化发射天线发射所述探测波，包括：通过至少两根按竖直方向排列的所述圆极化发射天线来调节所述探测波在俯仰方向上的指向。9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一旋向为左旋，所述第二旋向为右旋；或，所述第一旋向为右旋，所述第二旋向为左旋。10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述至少两束第一回波的相位差和所述至少两根第一圆极化接收天线之间的间距，确定所述目标的俯仰角，包括：根据所述至少两束第一回波的相位差和所述至少两根第一圆极化接收天线之间的间距，通过双通道测角法确定所述目标的俯仰角；所述根据所述至少两束第二回波的相位差和所述至少两根第二圆极化接收天线之间的间距，确定所述目标的方位角，包括：根据所述至少两束第二回波的相位差和所述至少两根第二圆极化接收天线之间的间距，通过双通道测角法确定所述目标的方位角。11.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述探测波，以及所述至少两束第一回波和所述至少两束第二回波中的至少一束回波确定所述目标的距离；根据所述俯仰角、所述方位角和所述距离，获得所述目标的位置信息。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，周期性地执行所述方法，获得多个周期内所述目标的多个位置信息。13.一种用于定位目标的设备，其特征在于，包括发射天线阵列、接收天线阵列和至少一个处理器，所述发射天线阵列包括：用于发射探测波的至少一根第一旋向的圆极化发射天线；所述接收天线阵列包括：至少两根第一圆极化接收天线，所述至少两根第一圆极化接收天线为用于接收所述探测波的至少两束第一回波的按第一方向排列的第二旋向的天线；至少两根第二圆极化接收天线，所述至少两根第二圆极化接收天线为用于接收所述探测波的至少两束第二回波的按第二方向排列的第二旋向的天线，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第一旋向与所述第二旋向相反；所述至少一个处理器用于：根据所述至少两束第一回波的相位差和所述至少两根第一圆极化接收天线之间的间距，确定所述目标的俯仰角；根据所述至少两束第二回波的相位差和所述至少两根第二圆极化接收天线之间的间距，确定所述目标的方位角。14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述发射天线阵列包括至少两根所述圆极化发射天线，所述圆极化发射天线按所述第一方向排列。15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述第一方向为竖直方向，所述发射天线阵列具体用于：通过至少两根按竖直方向排列的所述圆极化发射天线来调节所述探测波在俯仰方向上的指向。16.根据权利要求13至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一旋向为左旋，所述第二旋向为右旋；或，所述第一旋向为右旋，所述第二旋向为左旋。17.根据权利要求13至16中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个处理器用于：根据所述至少两束第一回波的相位差和所述至少两根第一圆极化接收天线之间的间距，通过双通道测角法确定所述目标的俯仰角；根据所述至少两束第二回波的相位差和所述至少两根第二圆极化接收天线之间的间距，通过双通道测角法确定所述目标的方位角。18.根据权利要求13至17中任一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个处理器还用于：根据所述探测波，以及所述至少两束第一回波和所述至少两束第二回波中的至少一束回波确定所述目标的距离；根据所述俯仰角、所述方位角和所述距离，获得所述目标的位置信息。19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述至少一个处理器还用于周期性地获得所述目标的多个位置信息。20.根据权利要求13至19中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备机载于无人飞行器上。21.一种用于定位目标的方法，其特征在于，包括：通过按第一方向排列的第一旋向的第一圆极化发射天线和第二圆极化发射天线分时发射第一探测波和第二探...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹夏英，彭学明，古强，黄，
申请(专利权)人：深圳市大疆创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44