CN107004961B - 二维天线系统、用于定位目标的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

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。
技术领域
本发明实施例涉及微波技术领域，尤其涉及一种二维天线系统、用于定位目标的方法和设备。
背景技术
一方面，随着飞行技术的发展，飞行器，例如，UAV(Unmanned Aerial Vehicle，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。
发明内容
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是本发明一个实施例的无人飞行系统的示意性架构图。
图2是本发明一个实施例的二维天线系统的示意图。
图3是本发明一个实施例的用于定位目标的方法的示意图。
图4是本发明一个实施例的用双通道测角法确定俯仰角的示意图。
图5是本发明一个实施例的用双通道测角法确定方位角的示意图。
图6是本发明一个实施例的用于定位目标的设备的示意性框图。
图7是本发明另一个实施例的二维天线系统的示意图。
图8是本发明另一个实施例的用于定位目标的方法的示意图。
图9是本发明另一个实施例的确定俯仰角的示意图。
图10是本发明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，对本发明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是本发明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UAV 110、云台120、显示设备130和控制设备140。其中，UAV 110可以包括动力组件150、飞行控制器160和传感系统170。UAV 110可以与控制设备140和显示设备130进行无线通信。
UAV 110包括机架，机架可以包括机身和脚架(也称为起落架)。机身可以包括中心架以及与中心架连接的一个或多个机臂，一个或多个机臂呈辐射状从中心架延伸出。脚架与机身连接，用于在UAV 110着陆时起支撑作用。
动力组件150可以包括电子调速器(简称为电调)151、一个或多个旋翼153以及与一个或多个旋翼153相对应的一个或多个电机152，其中电机152连接在电调151与旋翼153之间，电机152和旋翼153设置在对应的机臂上；电调151用于接收飞行控制器160产生的驱动信号，并根据驱动信号提供驱动电流给电机152，以控制电机152的转速。电机152用于驱动旋翼旋转，从而为UAV 110的飞行提供动力，该动力使得UAV 110能够实现一个或多个自由度的运动。在某些实施例中，UAV 110可以围绕一个或多个旋转轴旋转。例如，上述旋转轴可以包括横滚轴、平移轴和俯仰轴。应理解，电机152可以是直流电机，也可以交流电机。另外，电机152可以是无刷电机，也可以有刷电机。
传感系统170用于测量UAV的姿态信息，即UAV 110在空间的位置信息和状态信息，例如，三维位置、三维角度、三维速度、三维加速度和三维角速度等。传感系统170例如可以包括陀螺仪、电子罗盘、惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)、视觉传感器、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)和气压计等传感器中的至少一种。
飞行控制器160用于控制UAV 110的飞行，例如，可以根据传感系统170测量的姿态信息控制UAV 110的飞行。应理解，飞行控制器160可以按照预先编好的程序指令对UAV 110进行控制，也可以通过响应来自控制设备140的一个或多个控制指令对UAV 110进行控制。
云台120可以包括电调121和电机122。云台120可以用来承载负载123。例如，负载123可以包括相机模块(例如，照相机模块、摄像机模块等)，本发明的实施例并不限于此，例如，云台也可以用于承载武器或其它负载的承载设备。飞行控制器160可以通过电调121和电机122控制云台120的运动。可选地，作为一个另一实施例，云台120还可以包括控制模块，用于通过控制电调121和电机122来控制云台120的运动。应理解，云台120可以独立于UAV110，也可以为UAV 110的一部分。应理解，电机122可以是直流电机，也可以交流电机。另外，电机122可以是无刷电机，也可以有刷电机。还应理解，云台可以位于飞行器的顶部，也可以位于飞行器的底部。
显示设备130位于无人飞行系统100的地面端，可以通过无线方式与UAV 110进行通信，并且可以用于显示UAV 110的姿态信息。另外，当负载123为拍摄设备时，还可以在显示设备130上显示拍摄设备拍摄的图像。应理解，显示设备130可以是独立的设备，也可以设置在控制设备140中。
控制设备140位于无人飞行系统100的地面端，可以通过无线方式与UAV 110进行通信，用于对UAV 110进行远程控制。控制设备例如可以是遥控器或者安装有控制UAV的应用程序(Application，APP)的终端设备，例如，智能手机、平板电脑等。本发明的实施例中，通过控制设备接收用户的输入，可以指通过遥控器上的拔轮、按钮、按键、摇杆等输入装置或者终端设备上的用户界面(User Interface，UI)对UAV进行控制。
应理解，上述对于无人飞行系统各组成部分的命名仅是出于标识的目的，并不应理解为对本发明的实施例的限制。
本发明实施例提供了一种二维天线系统，该二维天线系统可以应用于飞行器，尤其是无人飞行器上，位于飞行器的顶部(例如，UAV 110的顶部)或其他部位，用于定位飞行器。图2是本发明一个实施例的二维天线系统200的示意图。
如图2所示，该二维天线系统200可以包括发射天线阵列210和接收天线阵列220。发射天线阵列210包括至少一根第一旋向的圆极化发射天线；接收天线阵列220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。
本发明实施例的二维天线系统，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。
本发明实施例的二维天线系统中，发射天线阵列210用于发射探测波，探测波经目标反射之后形成回波。由于圆极化发射天线发射的电磁波具有旋向，经目标单次反射之后电磁波的旋向会反向，需要旋向相反的圆极化接收天线来接收。因此，本发明实施例利用圆极化天线的上述特性，发射天线与接收天线采用相反旋向的天线，可以增加天线之间的隔离，能够有效地提高所接收的回波信号的信噪比。
具体地，作为一个实施例，第一旋向为左旋，第二旋向为右旋；或，作为另一个实施例，第一旋向为右旋，第二旋向为左旋。
飞行器在飞行时，速度较快且姿态变化频繁，为了适应飞行器姿态的变化，可选地，发射天线阵列210可以包括至少两根圆极化发射天线，该至少两根圆极化发射天线按第一方向排列，以用于调节圆极化发射天线发射的探测波在第一方向上的指向。此外，还可以通过调整每根天线(或称为天线单元)的激励相位，控制探测波的波束指向，以适应飞行器的姿态。
可选地，该第一方向可以是竖直方向，第二方向可以是水平方向。至少两根圆极化发射天线按竖直方向排列，以用于调节圆极化发射天线发射的探测波在竖直方向上的指向。应理解，所谓竖直方向应是近似的重力方向，尤其是飞行器水平飞行时，至少两根第一圆极化接收天线的排列方向为近似的重力方向。
在图2所示的具体的例子中，发射天线阵列210包括两根按竖直方向排列的圆极化发射天线，圆极化发射天线212和圆极化发射天线214。接收天线阵列220包括两根按竖直方向排列的第一圆极化接收天线，第一圆极化接收天线222和第一圆极化接收天线224，以及两根按水平方向排列的第二圆极化接收天线，第二圆极化接收天线226和第二圆极化接收天线228。
应理解，图2中圆极化发射天线、第一圆极化接收天线和第二圆极化接收天线的数量仅是示意性的，圆极化发射天线可以是一根或者多于两根，第一圆极化接收天线和第二圆极化接收天线可以分别多于两根，本发明实施例对此不作限定。
还应理解，每根天线的具体结构可以根据扫描范围和功率来确定，本发明各实施例对天线的具体结构不作限定。
如何使用二维天线系统200对目标进行定位将在下文的用于定位目标的方法300中详细描述。
图3是本发明一个实施例的用于定位目标的方法300的示意性流程图。该方法300可以是基于本发明实施例的二维天线系统200，该方法300可以包括以下步骤。
S310，通过至少一根第一旋向的圆极化发射天线发射探测波。即，通过发射天线阵列210发射探测波。
S320，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第二旋向的第二圆极化接收天线接收探测波的至少两束第二回波。即，通过接收天线阵列220的第一圆极化接收天线和第二圆极化接收天线分别接收探测波的回波。其中，第一方向与第二方向垂直，第一旋向与第二旋向相反。
S330，根据至少两束第一回波的相位差和至少两根第一圆极化接收天线之间的间距，确定目标的俯仰角。
S340，根据至少两束第二回波的相位差和至少两根第二圆极化接收天线之间的间距，确定目标的方位角。
本发明实施例的用于定位目标的方法，通过圆极化发射天线发射探测波，通过互相垂直排列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。
可选地，作为一个实施例，第一旋向为左旋，第二旋向为右旋；或，可选地，作为另一个实施例，第一旋向为右旋，第二旋向为左旋。
可选地，作为一个实施例，S310通过至少一根第一旋向的圆极化发射天线发射探测波，可以包括：通过至少两根按第一方向排列的圆极化发射天线发射探测波。在本实施例中，部署多于一根圆极化发射天线是为了使得发射出的探测波的波束具有一定的宽度，更易于实现扫描。
为了适应飞行器姿态的变化，并调节圆极化发射天线发射的探测波在第一方向上的指向，第一方向可以为竖直方向，并且其中，通过至少两根按第一方向排列的圆极化发射天线发射探测波，可以包括：通过至少两根按竖直方向排列的圆极化发射天线来调节探测波在俯仰方向上的指向。此外，还可以通过调整每根天线(或称为天线单元)的激励相位，控制探测波的波束指向，以适应飞行器的姿态。
可选地，作为一个实施例，S330根据至少两束第一回波的相位差和至少两根第一圆极化接收天线之间的间距，确定目标的俯仰角，可以包括：根据至少两束第一回波的相位差和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目标的俯仰角；S340根据至少两束第二回波的相位差和至少两根第二圆极化接收天线之间的间距，确定目标的方位角，可以包括：根据至少两束第二回波的相位差和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目标的方位角。双通道测角法确定目标的俯仰角和方位角的具体方法将在下文中举例说明。
应理解，除双通道测角法以外，还可以通过数字波束成形(Digital BeamForming，DBF)法等方法确定目标的俯仰角和/或方位角，本发明实施例对此不作限定。
在一个具体的例子中，本发明实施例的用于定位目标的方法是基于图2示出的二维天线系统的。发射天线阵列210包括按竖直方向排列的圆极化发射天线212和圆极化发射天线214，用于发射探测波。接收天线阵列220包括两根按竖直方向排列的第一圆极化接收天线222和第一圆极化接收天线224，通过这两根第一圆极化接收天线接收探测波的两束第一回波；接收天线阵列220还包括两根按水平方向排列的第二圆极化接收天线226和第二圆极化接收天线228，通过这两根第二圆极化接收天线接收探测波的两束第二回波。
图4是本发明一个实施例的用双通道测角法确定俯仰角的示意图。如图4所示，第一圆极化接收天线222和第一圆极化接收天线224之间的间距为d1，第一圆极化接收天线222和第一圆极化接收天线224所接收的两束第一回波的相位差为目标的俯仰角为θ1。可以根据以下公式确定目标的俯仰角θ1：
其中，λ为探测波的波长。
图5是本发明一个实施例的用双通道测角法确定方位角的示意图。如图5所示，第二圆极化接收天线226和第二圆极化接收天线228之间的间距为d2，第二圆极化接收天线226和第二圆极化接收天线228所接收的两束第二回波的相位差为目标的方位角为θ2。可以根据以下公式确定目标的方位角θ2：
其中，λ为探测波的波长。
应理解，当接收天线阵列220包括更多的第一圆极化接收天线时，可以根据每两根第一圆极化接收天线接收的第一回波，得到多个俯仰角，计算这些俯仰角的平均值或加权平均值。类似地，当接收天线阵列220包括更多的第二圆极化接收天线时，可以根据每两根第二圆极化接收天线接收的第二回波，得到多个方位角，计算这些方位角的平均值或加权平均值。
还应理解，对于探测波而言，其经目标反射之后形成回波，每束回波本质并没有区别。本文为了便于描述和区分，将第一圆极化接收天线接收的回波称为第一回波，将第二圆极化接收天线接收的回波称为第二回波，而非对本发明实施例的限定。
可选地，作为一个实施例，方法300还可以包括：根据探测波，以及至少两束第一回波和至少两束第二回波中的至少一束回波确定目标的距离；根据俯仰角、方位角和距离，获得目标的位置信息。
具体地，确定目标的距离可以通过调频连续波(Frequency ModulatedContinuous Wave，FMCW)测距原理计算。其原理为向目标发射频率变化(可以连续或步进、线性或非线性变化)的探测波，例如可以为高频连续波，其频率随时间按照三角波规律变化；接收的回波的频率与探测波的频率变化规律相同，都是三角波规律，只是有一个时间差(delay)，利用这个微小的时间差可计算出目标的距离。在线性FMCW雷达测距中，一个简单的方法是将回波与探测波混频后得到一个中频(Intermediate Frequency，IF)信号，每一个IF频率对应一个时间差，通过时间差可以计算出目标的距离。
俯仰角、方位角和距离构成的球坐标，可以确定目标的位置信息。或者，将俯仰角、方位角和距离构成的球坐标转换为直角坐标，获得目标的位置信息。
可选地，周期性地执行方法300，可以获得多个周期内目标的多个位置信息，从而能够对目标进行追踪。
基于本发明实施例的二维天线系统200和用于定位目标的方法300，本发明实施例还提供了一种用于定位目标的设备。图6是本发明一个实施例的用于定位目标的设备600的示意性框图。设备600可以包括发射天线阵列610、接收天线阵列620和至少一个处理器630。发射天线阵列610可以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。接收天线阵列620可以包括至少两根第一圆极化接收天线，至少两根第一圆极化接收天线为用于接收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，至少两根第二圆极化接收天线为用于接收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，第一方向与第二方向垂直，第一旋向与第二旋向相反。至少一个处理器630可以用于：根据至少两束第一回波的相位差和至少两根第一圆极化接收天线之间的间距，确定目标的俯仰角；根据至少两束第二回波的相位差和至少两根第二圆极化接收天线之间的间距，确定目标的方位角。
本发明实施例的用于定位目标的设备，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。
其中，发射天线阵列610可以对应二维天线系统200的发射天线阵列210，接收天线阵列620可以对应二维天线系统200的接收天线阵列220。至少一个处理器630可以共同工作或单独工作。至少一个处理器630可以包括射频模块和计算模块。计算模块用于计算方位角和俯仰角；射频模块又可以包括发射机，用于生成探测波；以及接收机，用于解调回波。
本发明实施例的设备600可以机载于无人飞行器上；也可以将发射天线阵列610、接收天线阵列620和至少一个处理器630的射频模块机载于无人飞行器上，将至少一个处理器630的计算模块设置于地面端，本发明实施例对此不作限定。发射天线阵列610的每根发射天线可以分别单独对应一个发射机，也可以多根发射天线共同对应同一个发射机。类似地，接收天线阵列620的每根接收天线可以分别单独对应一个接收机，也可以多根接收天线共同对应同一个接收机。本发明实施例对发射机和接收机的数量以及部署方式不作限定。
可选地，与二维天线系统200和用于定位目标的方法300对应地，发射天线阵列可以包括至少两根圆极化发射天线，圆极化发射天线按第一方向排列。
飞行器在飞行时，速度较快且姿态变化频繁，为了适应飞行器姿态的变化，可选地，作为一个实施例，第一方向可以为竖直方向，发射天线阵列具体可以用于：通过至少两根按竖直方向排列的圆极化发射天线来调节探测波在俯仰方向上的指向。此外，还可以通过调整每根天线(或称为天线单元)的激励相位，控制探测波的波束指向，以适应飞行器的姿态。
可选地，作为一个实施例，第一旋向可以为左旋，第二旋向为右旋；或，可选地，作为另一个实施例，第一旋向可以为右旋，第二旋向为左旋。
可选地，作为一个实施例，至少一个处理器可以用于：根据至少两束第一回波的相位差和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目标的俯仰角；根据至少两束第二回波的相位差和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目标的方位角。
可选地，作为一个实施例，至少一个处理器还可以用于：根据探测波，以及至少两束第一回波和至少两束第二回波中的至少一束回波确定目标的距离；根据俯仰角、方位角和距离，获得目标的位置信息。
可选地，作为一个实施例，至少一个处理器还可以用于周期性地获得目标的多个位置信息。
本发明实施例提供了另一种二维天线系统，同样地，该二维天线系统可以应用于飞行器，尤其是无人飞行器上，位于飞行器的顶部(例如，UAV 110的顶部)或其他部位，用于定位飞行器。图7是本发明另一个实施例的二维天线系统700的示意图。
如图7所示，该二维天线系统700可以包括发射天线阵列710和接收天线阵列720。发射天线阵列710包括按第一方向排列的第一旋向的第一圆极化发射天线712和第二圆极化发射天线714；接收天线阵列720包括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。接收天线阵列720中还可以包括更多的圆极化接收天线，例如图7中示出了圆极化接收天线722、圆极化接收天线724、圆极化接收天线726和圆极化接收天线728，可以认为圆极化接收天线722为第一圆极化接收天线，圆极化接收天线724为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。
本发明实施例的二维天线系统中，发射天线阵列710用于发射探测波，探测波经目标反射之后形成回波。由于圆极化发射天线发射的电磁波具有旋向，经目标单次反射之后电磁波的旋向会反向，需要旋向相反的圆极化接收天线来接收。因此，本发明实施例利用圆极化天线的上述特性，发射天线与接收天线采用相反旋向的天线，可以增加天线之间的隔离，能够有效地提高所接收的回波信号的信噪比。
具体地，作为一个实施例，第一旋向为左旋，第二旋向为右旋；或，作为另一个实施例，第一旋向为右旋，第二旋向为左旋。
飞行器在飞行时，速度较快且姿态变化频繁，为了适应飞行器姿态的变化，可选地，该第一方向可以是竖直方向，第二方向可以是水平方向。发射天线阵列710包括至少两根圆极化发射天线，该至少两根圆极化发射天线按第一方向排列，以用于调节圆极化发射天线发射的探测波在第一方向上的指向。此外，还可以通过调整每根天线(或称为天线单元)的激励相位，控制探测波的波束指向，以适应飞行器的姿态。
应理解，所谓竖直方向应是指与水平方向垂直的方向。当飞行器水平飞行时，至少两根第一圆极化接收天线的排列方向为近似的重力方向。
在图7所示的具体的例子中，发射天线阵列710包括两根按竖直方向排列的圆极化发射天线，第一圆极化发射天线712和第二圆极化发射天线714。接收天线阵列720包括四根按水平方向排列的圆极化接收天线，圆极化接收天线722、圆极化接收天线724、圆极化接收天线726和圆极化接收天线728。
应理解，图7中圆极化发射天线、第一圆极化接收天线和第二圆极化接收天线的数量仅是示意性的，圆极化发射天线可以是多于两根，圆极化接收天线可以多于四根也可以为两根或三根，本发明实施例对此不作限定。
还应理解，每根天线的具体结构可以根据扫描范围和功率来确定，本发明各实施例对天线的具体结构不作限定。
如何使用二维天线系统800对目标进行定位将在下文的用于定位目标的方法800中详细描述。
图8是本发明一个实施例的用于定位目标的方法800的示意性流程图。该方法800可以是基于本发明实施例的二维天线系统700，该方法800可以包括以下步骤。
S810，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，第一探测波和第二探测波之间具有第一相位差。即，通过发射天线阵列710中的至少两根圆极化发射天线分时发射第一探测波和第二探测波。
S820，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第一探测波的第一回波和第二回波。其中，第一方向与第二方向垂直，第一旋向与第二旋向相反。即，接收天线阵列720至少包括第一圆极化接收天线和第二圆极化接收天线，通过接收天线阵列720接收第一探测波的至少两束回波。
S830，通过第一圆极化接收天线接收第二探测波的第三回波，第一回波和第三回波具有第二相位差。
S840，根据第一回波和第二回波的相位差以及第一圆极化接收天线和第二圆极化接收天线之间的间距，确定目标的方位角。即，根据接收天线阵列720接收的第一探测波的至少两束回波的相位和接收天线阵列中天线的间距，确定目标的方位角。
S850，根据第一相位差、第二相位差以及第一圆极化发射天线和第二圆极化发射天线之间的间距，确定目标的俯仰角。
本发明实施例的用于定位目标的方法，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。
可选地，作为一个实施例，第一旋向为左旋，第二旋向为右旋；或，可选地，作为另一个实施例，第一旋向为右旋，第二旋向为左旋。
为了适应飞行器姿态的变化，并调节圆极化发射天线发射的探测波在第一方向上的指向，第一方向可以为竖直方向，S810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，可以包括：通过按竖直方向排列的第一圆极化发射天线和第二圆极化发射天线控制发射波束的指向来分时发射探第一探测波和第二探测波。
可选地，作为一个实施例，S810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，可以包括：在第一时刻，通过第一圆极化发射天线发射第一探测波，在第二时刻通过第一圆极化发射天线发射第二探测波；
S840根据第一回波和第二回波的相位差以及第一圆极化接收天线和第二圆极化接收天线之间的间距，确定目标的方位角，可以包括：根据第一回波和第二回波的相位差以及第一圆极化接收天线和第二圆极化接收天线之间的间距，通过双通道测角法确定目标的方位角。换而言之，根据接收天线阵列720接收的第一探测波的至少两束回波的相位和接收天线阵列中天线的间距，确定目标的方位角。具体而言，根据第一探测波的至少两束回波中任意两束回波的相位差以及接收任意两束回波的两根圆极化接收天线之间的间距，通过双通道测角法确定目标的方位角。
S850根据第一相位差、第二相位差以及第一圆极化发射天线和第二圆极化发射天线之间的间距，确定目标的俯仰角，可以包括：根据以下公式确定俯仰角Θ1：
其中，第一相位差为Γ1，第二相位差为Γ2，第一圆极化发射天线和第二圆极化发射天线之间的间距为D1，俯仰角为Θ1，λ为第一探测波和第二探测波的波长。
应理解，除双通道测角法以外，还可以通过DBF法等方法确定目标的方位角，本发明实施例对此不作限定。
在一个具体的例子中，本发明实施例的用于定位目标的方法是基于图7示出的二维天线系统的。发射天线阵列710包括按竖直方向排列的第一圆极化发射天线712发射第一探测波，还包括第二圆极化发射天线714发射第二探测波，第一探测波和第二探测波之间具有第一相位差。接收天线阵列720包括第一圆极化接收天线722和第二圆极化接收天线724，分别接收第一探测波的第一回波和第二回波；第一圆极化接收天线722接收第一探测波的第一回波和第二探测波的第三回波，第一回波和第三回波具有第二相位差。
确定目标的方位角还可以如图4和图5类似的，根据第一探测波的第一回波和第二回波的相位差以及第一圆极化接收天线722和第二圆极化接收天线724之间的间距来确定。当然也可以通过DBF法等方法来确定，此处不再进行赘述。
图9是本发明一个实施例的确定俯仰角的示意图。在第一时刻，第一圆极化发射天线712发射第一探测波；在第二时刻，第二圆极化发射天线714发射第二探测波。由于第一圆极化发射天线712和第二圆极化发射天线714不同时工作，二者可以共用一个射频电路，由此能简化飞行器的相关结构。第一时刻和第二时刻之间的时间差使得第一探测波和第二探测波之间具有第一相位差Γ1。
接收天线阵列720中的任意一根圆极化接收天线(例如，第一圆极化接收天线722)分别接收第一探测波的第一回波和第二探测波的第三回波。第一回波和第三回波具有第二相位差Γ2，该第二相位差Γ2一部分是由于第一相位差Γ1导致的，另一部分是由于第一圆极化发射天线712和第二圆极化发射天线714之间的间距D1导致的。那么，由于第一圆极化发射天线712和第二圆极化发射天线714之间的间距D1导致的相位差则为Γ1-Γ2。假设目标的俯仰角为Θ1，由图9示出的三角形可知，
其中，λ为第一探测波和第二探测波的波长。
根据上述公式可以得到俯仰角Θ1。
应理解，可以根据接收天线阵列720中的每根圆极化接收天线接收的具有相位差的两个探测波的回波计算得到多个俯仰角，计算这些俯仰角的平均值或加权平均值。
还应理解，对于一束探测波而言，其经目标单次反射之后形成回波，每束回波本质并没有区别。本文为了便于描述和区分，将对应于第一探测波的，第一圆极化接收天线接收的回波称为第一回波，将第二圆极化接收天线接收的回波称为第二回波，而非对本发明实施例的限定。
可选地，作为一个实施例，方法800还可以包括：根据第一探测波和第二探测波中的至少一束探测波，以及第一回波、第二回波和第三回波中的至少一束回波确定目标的距离；根据俯仰角、方位角和距离，获得目标的位置信息。
具体地，确定目标的距离可以通过FMCW测距原理计算，此处不再赘述。
俯仰角、方位角和距离构成的球坐标，可以确定目标的位置信息。或者，将俯仰角、方位角和距离构成的球坐标转换为直角坐标，获得目标的位置信息。
可选地，周期性地执行方法800，可以获得多个周期内目标的多个位置信息，从而能够对目标进行追踪。
基于本发明实施例的二维天线系统700和用于定位目标的方法800，本发明实施例还提供了一种用于定位目标的设备。图10是本发明一个实施例的用于定位目标的设备1000的示意性框图。设备1000可以包括发射天线阵列1010、接收天线阵列1020和至少一个处理器1030。发射天线阵列1010可以包括第一圆极化发射天线，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，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，第一圆极化发射天线和第二圆极化发射天线按第一方向排列，第一探测波和第二探测波之间具有第一相位差；接收天线阵列1020包括：第一圆极化接收天线，第一圆极化接收天线用于接收第一探测波的第一回波且为第二旋向的天线，第一圆极化接收天线还用于接收第二探测波的第三回波，其中，第一回波和第三回波具有第二相位差，第二圆极化接收天线，第二圆极化接收天线用于接收第一探测波的第二回波且为第二旋向的天线，其中，第一圆极化接收天线和第二圆极化接收天线按第二方向排列，第一方向与第二方向垂直，第一旋向与第二旋向相反；至少一个处理器1030用于：根据第一回波和第二回波的相位差以及第一圆极化接收天线和第二圆极化接收天线之间的间距，确定目标的方位角，根据第一相位差、第二相位差以及第一圆极化发射天线和第二圆极化发射天线之间的间距，确定目标的俯仰角。
本发明实施例的用于定位目标的设备，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。
其中，发射天线阵列1010可以对应二维天线系统700的发射天线阵列710，接收天线阵列1020可以对应二维天线系统700的接收天线阵列720。至少一个处理器1030可以共同工作或单独工作。至少一个处理器1030可以包括射频模块和计算模块。计算模块用于计算方位角和俯仰角；射频模块又可以包括发射机，用于生成探测波；以及接收机，用于解调回波。
本发明实施例的设备1000可以机载于无人飞行器上；也可以将发射天线阵列1010、接收天线阵列1020和至少一个处理器1030的射频模块机载于无人飞行器上，将至少一个处理器1030的计算模块设置于地面端，本发明实施例对此不作限定。发射天线阵列1010的每根发射天线可以分别单独对应一个发射机，也可以多根发射天线共同对应同一个发射机。类似地，接收天线阵列1020的每根接收天线可以分别单独对应一个接收机，也可以多根接收天线共同对应同一个接收机。本发明实施例对发射机和接收机的数量以及部署方式不作限定。
可选地，作为一个实施例，第一方向可以为竖直方向，发射天线阵列1010具体可以用于：通过按竖直方向排列的第一圆极化发射天线和第二圆极化发射天线控制发射波束的指向来分时发射探第一探测波和第二探测波。
可选地，作为一个实施例，第一旋向可以为左旋，第二旋向为右旋；或，可选地，作为另一个实施例，第一旋向可以为右旋，第二旋向为左旋。
可选地，作为一个实施例，发射天线阵列1010具体可以用于：在第一时刻，通过第一圆极化发射天线发射第一探测波，在第二时刻通过第一圆极化发射天线发射第二探测波；其中，第一相位差为Γ1，第二相位差为Γ2，第一圆极化发射天线和第二圆极化发射天线之间的间距为D1，俯仰角为Θ1，至少一个处理器1030用于：根据第一回波和第二回波的相位差以及第一圆极化接收天线和第二圆极化接收天线之间的间距，通过双通道测角法确定目标的方位角；根据以下公式确定俯仰角Θ1：其中，λ为第一探测波和第二探测波的波长。
可选地，作为一个实施例，至少一个处理器1030还可以用于：根据第一探测波和第二探测波中的至少一束探测波，以及第一回波、第二回波和第三回波中的至少一束回波确定目标的距离；根据俯仰角、方位角和距离，获得目标的位置信息。
可选地，作为一个实施例，至少一个处理器1030还可以用于周期性地获得目标的多个位置信息。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
应理解，在本发明实施例中，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。
应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (26)

1.一种二维天线系统，其特征在于，所述二维天线系统机载于无人飞行器上，所述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两根第一旋向的圆极化发射天线，所述圆极化发射天线按第一方向排列，所述第一方向为竖直方向；
所述接收天线阵列包括两根按所述第一方向排列的第二旋向的第一圆极化接收天线和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，所述第二方向为水平方向，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。
3.一种用于无人飞行器的定位目标的方法，其特征在于，包括：
通过至少两根按第一方向排列的、第一旋向的圆极化发射天线发射探测波，所述第一方向为竖直方向，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；
通过至少两根按所述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。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求3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。
6.根据权利要求3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。
7.根据权利要求6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。
8.一种用于定位目标的设备，其特征在于，所述设备机载于无人飞行器上，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两根按第一方向排列的、第一旋向的圆极化发射天线，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；
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所述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。
9.根据权利要求8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。
10.根据权利要求8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。
11.根据权利要求8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。
12.根据权利要求11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。
13.根据权利要求8至12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。
14.一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。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一方向为竖直方向，所述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，包括：
通过按竖直方向排列的所述第一圆极化发射天线和所述第二圆极化发射天线控制发射波束的指向来分时发射所述第一探测波和所述第二探测波。
16.根据权利要求14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。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述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，包括：
在第一时刻通过所述第一圆极化发射天线发射所述第一探测波，在第二时刻通过所述第一圆极化发射天线发射所述第二探测波；
所述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，包括：
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，通过双通道测角法确定所述目标的方位角；
其中，所述第一相位差为Γ1，所述第二相位差为Γ2，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为D1，所述俯仰角为Θ1，
所述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，包括：
根据以下公式确定所述俯仰角Θ1：
其中，λ为所述第一探测波和所述第二探测波的波长。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述第一探测波和所述第二探测波中的至少一束探测波，以及所述第一回波、所述第二回波和所述第三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。
20.一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：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。
21.根据权利要求20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：
通过按竖直方向排列的所述第一圆极化发射天线和所述第二圆极化发射天线控制发射波束的指向来分时发射所述第一探测波和所述第二探测波。
22.根据权利要求20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。
23.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述发射天线阵列具体用于：
在第一时刻，通过所述第一圆极化发射天线发射所述第一探测波，在第二时刻通过所述第一圆极化发射天线发射所述第二探测波；
其中，所述第一相位差为Γ1，所述第二相位差为Γ2，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为D1，所述俯仰角为Θ1，
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，通过双通道测角法确定所述目标的方位角；
根据以下公式确定所述俯仰角Θ1：
其中，λ为所述第一探测波和所述第二探测波的波长。
24.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述至少一个处理器还用于：
根据所述第一探测波和所述第二探测波中的至少一束探测波，以及所述第一回波、所述第二回波和所述第三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。
25.根据权利要求24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。
26.根据权利要求20至25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。
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