Power and imaging system for airship

一般に、本発明は、地上局からの電力を飛行船で受信するためのシステムに関する。 より詳細には、本発明は、同期アレーアンテナを使用して、地上局からの電力を飛行船で受信するためのシステムに関する。 特に、本発明は、地上局で保持された同期アレーアンテナからのエネルギービームを受信するように構成されている飛行船に搭載されたパッチレクテナアレーにより電力を受信するためのシステムに向けられている。 より特に、本発明は、飛行船又は空気より軽いプラットフォームへの電力送受信機能及びレーダ画像処理機能を統合した二重用途のシステムに向けられている。

小型軟式飛行船、軽航空機、飛行船又は空気より軽い乗り物／プラットフォームと呼ばれ得る従来の飛行船は、飛行船の航行運転上のニーズに必要な多数の構成要素を含む。 特に、図１に示されるように、典型的な先行技術の飛行船１０は、柔軟なラミネート材料又は織物から形成されたガス不浸透性気嚢１２を含んでおり、この材料又は織物は、飛行船の作動中に遭遇する熱及び太陽放射線とともに、上昇及び降下中に飛行船１０が遭遇する圧力変化にも耐えるように作られる。 飛行船１０で使用される典型的なラミネート材料は、ここで参照される米国特第６,９７９,４７９号に示されている。 気嚢１２内には、ヘリウムと空気を別々に入れ飛行船１０を上昇及び降下の際に有効に制御可能にする様々な分離した領域が存在する。

飛行船１０が高度に上昇することを可能にするため、空気格納領域は、飛行船１０の周囲に配置された多数のバルブ１６を介して排気される。 気嚢１２内のヘリウムは膨張する一方で、飛行船１０は所望の高度に上昇する。 ヘリウムの膨張はまた、飛行船に保持されたブロワを介して空気格納領域から空気を追い出すことが認識されるであろう。 高度から飛行船１０を降下させるため、空気は、１つ以上のブロワ１８の作動により各空気格納領域内へ押し込まれる。 飛行中あるいは上昇及び降下中に飛行船１０を操作又は操縦するため、推進装置が利用される。 推進装置は、典型的には、気嚢１２に外部で取り付けられた複数の電動プロペラユニット２０を含む。

バルブ１６、ブロワ１８、プロペラユニット２０、及び飛行船１０に積載された他の電気的構成要素を作動させるために、大量の電力が必要とされる。 実際に、飛行船の降下中、ヘリウム揚力ガスの浮力を克服するので、大量の電力が必要である。

従って、バルブ１６、ブロワ１８及びプロペラユニット２０で必要とされるエネルギー需要を満たすため、多数のバッテリー、太陽電池パネル及び／又は燃料電池は、飛行船１０に積載された動力源として使用される。 このようなシステムはエネルギー容量の見地から適切であるが、複雑で嵩張った電力管理装置が、送られた電力を処理するために必要とされる。 例えば、約１,８１８ｋｇ（４,０００ポンド）のバッテリーは、高度からの降下中に飛行船１０に全電力を供給する必要があり得る。 そのため、飛行船で利用されるバッテリー及び他の既存のエネルギー源により一因とされる重量は、飛行船１０の操縦性、所望の高度及び到達範囲を得るための能力、そして全体性能に負の影響を与えている。

バッテリーにより飛行船１０に付加される重大な重量に加えて、保守、充電及び不良のバッテリーを周期的に交換して、離陸後に飛行船１０が降下を完遂するのに最適な電力容量を有することを確実にするためには、相当の費用もかかる。

高高度飛行船の主な利点の１つは、飛行船がその真下における表面や空気活動を観察できる監視装置を搭載することができることが認識されるであろう。 従って、比較的軽量で、飛行船に搭載できる監視装置は、飛行船に追加の利点を与える。

従って、飛行船の全重量を軽減させる、飛行船のための電力受信及び画像システムが要望されている。 その上、バッテリーの必要性あるいは有限容量の他のエネルギー蓄積装置の必要性を低減させる、電力受信及び画像システムが要望されている。 さらに、降下を含む飛行のあらゆる状態で飛行船に電力供給するために地上局から飛行船への連続的なエネルギーを受信する、電力受信及び画像システムが要望されている。 さらになお、飛行船で受信される集中したエネルギービームを生成する同期アレーアンテナ装置を提供する、電力受信及び画像システムが要望されている。 さらに、送信されたエネルギービームを受信するために飛行船に保持されたナノファイバーパッチレクテナを利用する、電力受信及び画像システムが要望されている。 さらに、パッチレクテナから受信したエネルギーが、送信されたエネルギービームから効率的に回収できるようにする軽量の整合フィルタを利用する、電力受信及び画像システムが要望されている。 さらに、飛行船の気嚢を通過できる周波数で電力を受信する、電力受信及び画像システムが要望されている。 その上、エネルギービームの飛行船との一定したアライメントを確保するためにパッチレクテナで周期的に再調整される、方向付けされたエネルギービームを生成し送信する地上局を提供する、電力受信及び画像システムが要望されている。 さらに、ＬＡＤＡＲ（レーザ検知及び測距）装置あるいは他の効率的、狭いビーム且つ高周波数の送信装置を利用して、降下を含む飛行のあらゆる状態で飛行船に電力供給するためにパッチレクテナにエネルギービームを送信する、電力送信及び画像システムと共に使用される地上局が要望されている。 最後に、飛行船に保持された様々な画像機能とエネルギー受信機能の両方を統合する、二重用途のシステムが要望されている。

前記に鑑み、本発明の第１の様相は、飛行船のための電力及び画像システムを提供することである。

本発明の他の様相は、飛行船のための電力及び画像システムであって、飛行船；エネルギービームを送信するように構成された電力送信系統；前記飛行船に搭載され、前記飛行船に電力を供給するように前記エネルギービームを送信されるパッチレクテナ；及び前記パッチレクテナに接続されて、前記エネルギービームが前記パッチレクテナに送信されたときに、前記エネルギービームを前記飛行船で使用するための電力に変換する電力分配及び制御ネットワークを包含する電力及び画像システムを提供することである。

本発明のさらに他の様相は、飛行船に遠隔で電力供給する方法であって、電力送信系統からエネルギービームを送信すること；飛行船に搭載されたレクテナで前記エネルギービームを受信すること；前記レクテナによる電圧出力が、所定のしきい値レベル以上か以下かを判断すること；電圧が前記所定のしきい値以下である場合に、飛行船から前記電力送信系統に再アライメントフィードバック信号を送信すること；前記再アライメントフィードバック信号を分析すること；及び前記レクテナに対して前記エネルギービームを再指向することを包含する方法を提供することである。

本発明のこれら及び他の特徴及び利点は、以下の説明、付随する特許請求の範囲及び添付図面に関して一層よく理解されるであろう。

図面の図２に示されるように、電力及び画像システムは総括的に符号３０で参照される。 電力及び画像システム３０は、一般に、電力送信系統３２及び電力受信系統３３を包含する。 電力受信系統３３は、図１に関して述べたもののような、飛行船１０に搭載するのに適するパッチレクテナアレー３４を備えている。 一般に、パッチレクテナ３４は、電力送信系統３２に保持された同期アレーアンテナ５０から送られるエネルギービーム４０の形態で分配された電力を受信するように構成されている。 次に、この送信されたエネルギービーム４０は、飛行船１０に積載された構成要素によって処理されて、例えば上昇及び降下を含む飛行の多様の段階で、バルブ１６、ブロワ１８、プロペラユニット２０及び他の電動の構成要素に電力供給する。 従って、システム３０は、飛行船１０が搭載バッテリーから消費する電力の量を減らすことを可能にする。 そのため、飛行船１０に必要とされるバッテリーの数は減少され、それにより、飛行船１０の重量を軽減することができる。 次の説明は降下中に飛行船へ電力を供給することに関するが、システム３０は、飛行のあらゆる状態で飛行船に電力供給するために使用されるので、この説明は限定として解釈されるべきではない。 さらに、システム３０の詳細を述べる前に、ここに使用される用語「飛行船」は、あらゆる小型軟式飛行船、軽航空機、飛行船又は空気より軽い乗り物又はプラットフォーム、高高度飛行船あるいは同種のものとして定義されていることが認識されるべきである。

電力送信系統３２は、同期アレーアンテナ５０と電気的に通信する地上局６０を含んでおり、このアレーアンテナは、地面に置かれた静止ユニットから成るか、あるいは、例えばトラックによって移動され容易に再配置され得る移動ユニットとして形成されていてよい。 地上局６０は、後述する機能を実行するために必要なハードウェア、ソフトウェア及びメモリを保持するコンピュータベースの装置を含んでいる。 エネルギービーム４０を生成するために、様々な無線周波数（ＲＦ）励磁信号は、地上局６０に保持された発振器（図示しない）によって発生され、同期アレーアンテナ５０に送られる。 ＲＦ励磁信号の周波数は、生成されるエネルギービーム４０の周波数に一般に比例する。 そのため、生じたエネルギービーム４０の周波数がパッチレクテナ３４の信号受信帯域幅と一致するように、励磁信号の周波数は選択されている。 任意の適切なＲＦ周波数の励磁信号は電力送信及び画像システム３０で利用され得るが、地上局６０で発生されるＲＦ励磁信号の周波数は、マイクロ波スペクトルであることが認識されるべきである。

同期アレーアンテナ５０は、地上局６０から送られた励磁信号に個々に接続されこの信号で制御される複数の送信アンテナ素子１００を含む。 その上、アンテナ素子１００は、生成されたエネルギービーム４０がコヒーレンス且つ高指向性エネルギーパターンを有するように、整列される。 エネルギービーム４０を生成するために同期アレーアンテナ５０で使用され地上局６０により発生されたＲＦ励磁信号は、地上局６０で修正又は調整され得る振幅、周波数及び位相のような様々なパラメータを含む。 さらに、個々の励磁信号が、同期アレーアンテナ５０の送信アンテナ素子１００の各々に別個に送られるので、送信されるエネルギービーム４０の指向性を変更できるようにする一方で、生成されたエネルギービーム４０が様々なエネルギーパターンを呈するように、励磁信号の各々のパラメータは個々に調整されてよい。 例えば、同期アレーアンテナ５０の送信アンテナ素子１００は、それぞれ所定の相対位相で励磁信号により作動され、狭い発射指向パターン及び最大化された出力密度を有する送信されたエネルギービーム４０を提供する。 代わりに、エネルギービーム４０のエネルギーパターンが、送信されたエネルギービーム４０に関連したエネルギーパターンの一部であるすべての無関係又は不要のサイドローブを減少するか除去するために形作られるように、適切な励磁信号が発生されてよい。 同期アレーアンテナはエネルギービーム４０を生成するために使用されるものとして考えられているが、同期アレーアンテナ５０は例えばパッチマイクロ波ダイポールアンテナを含んでいてよいことが認識されるべきである。 また、同期アレーアンテナ５０は、高いアンテナアパーチャ効率及び大きなレーダ断面積を備えて、利得及び電力アパーチャ生成を増加できるように形成されてよいことが考えられる。 １つの様相では、エネルギービーム４０を介して電力を送信するための任意の適切な周波数を利用できるが、エネルギービームはマイクロ波スペクトルで無線周波数（ＲＦ）を利用してよい。

同期アレーアンテナ５０で生成されたエネルギービーム４０は、コヒーレンス且つ高指向性であるので、このアレーアンテナは、飛行船１０に保持されたパッチレクテナアレー３４に付随するように正確に位置されるか指向される。 高指向性であることに加え、同期アレーアンテナ５０は迅速に再位置されるか再指向され、この再指向の速度は、地上局６０でアンテナ素子１００の各々に送られる励磁信号の位相が調整できる速度によって決定される。 そのような再指向を迅速に達成するため、同期アレーアンテナ５０の送信アンテナ素子１００はそれぞれ、例えばアイジャル平面波アンテナを含んでいてよい。

励磁信号のパラメータを修正して、送信されたエネルギービーム４０のエネルギーパターンを変更することに加え、他の技術が使用されてもよい。 例えば、同期アレーアンテナ５０に追加の送信アンテナ素子１００を組み入れることにより、送信されたエネルギービーム４０のエネルギーパターンは、狭められる一方で、その電力を増大させることができる。 そのような性能を達成するため、地上局６０で与えられた励磁信号は、アンテナ素子１００の各々に等しく送られる。 従って、アンテナ素子１００の各々に送られた励磁信号は、すべて等しい大きさで、互いに同期している。 その結果、送信アンテナアレー５０に付加される送信アンテナ素子１００が多くなるほど、送信されるエネルギービーム４０はさらに狭められる一方で、側面（broadside）方向におけるエネルギービーム４０のエネルギーパターンの強さを高めることができる。 ここで使用された用語「側面方向」は、同期アレーアンテナ素子１００の平面に垂直をなすエネルギービーム４０によって保持されたエネルギーパターンの主ローブの方向に当てはまることが認識されるべきである。

本発明３０の他の様相では、同期アレーアンテナ５０及び組み合わされるアンテナ素子１００は、フィールドＬＡＤＡＲ（レーザ検知及び測距）装置５０′に取り替えられてよい。 フィールドＬＡＤＡＲは、増強されたエネルギーパターンをエネルギービーム４０′に与えることができる二酸化炭素（ＣＯ _２ ）レーザを備えていてよい。 その上、フィールドＬＡＤＡＲ装置で生成されたエネルギービーム４０′は、増強された送信領域と、上述した同期アレーアンテナ５０をベースとした無線周波数（ＲＦ）で提供される指向性以上の見通し線（ＬＯＳ）指向性とを生じる。 フィールドＬＡＤＡＲ装置は、ＲＦベースの同期アレーアンテナ５０のエネルギー効率以上の増大したエネルギー効率を提供する一方、同期アレーアンテナ５０は、エネルギービーム４０のエネルギーパターンに含むことができる広範囲の周波数を提供することが認識されるべきである。 さらに、ＬＡＤＡＲ装置は、画像忠実度及びコントラストを一層よく維持する結果をもたらす高い変調伝達関数を提供する。 また、ＬＡＤＡＲ装置の代わりに、同期アレーアンテナ５０は任意の効率的、狭いビーム且つ高周波のエネルギー送信装置に取り替えられてよいことが考えられる。

送信されたエネルギービーム４０から送られた電力を捕らえるために、飛行船１０は電力受信系統３３を利用している。 そのため、飛行船１０が、送信されたエネルギービーム４０の範囲にあるとき、電力受信系統３３は、電力送信系統３２とで一定の見通し線を維持して、エネルギービーム４０の飛行船１０への連続して途切れない電力送信を可能にする。 送信された電力は、後述される態様で、飛行船１０の降下時にバルブ１６、ブロワ１８、プロペラ２０及び他の所望の構成要素に電力供給できるようにする。

電力受信系統３３は、飛行船１０のペイロードの一部として形成され、図２に示されるように、気嚢１２の下側に装着されるパッチレクテナアレー３４を備えている。 作動中、パッチレクテナアレー３４は、エネルギービーム４０により伝えられたＡＣ電力をＤＣ電力に変換し、このＤＣ電力は、バルブ１６、ブロワ１８及びプロペラ２０のような飛行船１０の様々な構成要素での使用に適合する。 パッチレクテナアレー３４は、最適な信号利得を提供するように構成される一方、電力送信過程での損失を最小限にしていることが認識されるべきである。

図３及び４に示されるその設計に関し、パッチレクテナアレー３４は、膜構造体２２０内へ一体化される対応する整合フィルタ２１０とそれぞれ組み合わされるダイポールアンテナ素子２００の平面アレーを含む。 レクテナアレー３４を構成する膜２２０は撓み可能であり、さらに気嚢１２の織物へ一体化される。 そのため、レクテナアレー３４は、飛行船２０の気嚢１２の織物によって視界から完全に遮られ得る。 そのような構成が使用されると、エネルギービーム４０が気嚢１２の織物を通して浸透可能な周波数を利用して、電力を最小限の減衰を伴ってパッチレクテナ３４で受信できることが認識されるべきである。 さらに、パッチレクテナ３４は、エネルギービーム４０で送られたエネルギーパターンに側面を向けて方向付けされるアンテナアパーチャ径を有するように構成されている。

ダイポールアンテナユニット２００は、送信されたエネルギービーム４０の特定の周波数を受信するのに必要な受信帯域幅を達成するためにパッチレクテナ３４を調整するよう寸法付けられる。 さらに、ダイポールアンテナユニット２００は、チタンナノファイバーがその強さ、抵抗熱特性及び電磁気伝導性により本発明に利点を与えるので、チタンから形成されたナノファイバーを備えていてよい。 しかしながら、また、ダイポールユニット２００を構成するナノファイバーは、炭素、セレン又は他の適切な材料のような様々な他の材料から形成され得ることが考えられる。 ナノファイバーはパッチレクテナ３４に柔軟性を与え、それにより、飛行船１０が上昇及び降下中に様々な気圧変化に遭遇する際に、気嚢１２の膨張及び収縮速度に一致させることができる。 その上、チタンの使用は、ダイポールアンテナ素子２００を温度変動及び太陽発射線に非常に耐性のあるものとすることが可能である。 飛行船１０は、高度に応じて大きく変化する温度レベル及び発射線強さにさらされるので、これは有益である。

個々のナノファイバーダイポールアンテナ素子２００の出力には、整合フィルタ２１０が接続されている。 整合フィルタ２１０は、典型的に軽量で、送信されたエネルギービーム４０によりダイポールアンテナユニット２００の各々を経て送られた電力のピーク信号対平均雑音比を最大限にするように構成されている。 その上、整合フィルタ２１０の信号帯域幅は、送信されたエネルギービーム４０の周波数の帯域幅に一致するように形成されて、整合フィルタ２１０がそれにより伝えられた受信電力の受信の際に生じる損失を最小限にすることを可能にしている。 そのような構成は、最大量の電力を高い効率で飛行船１０に送ることを可能にしている。 それに加え、整合フィルタ２１０は、飛行船１０のレクテナアレー３４で受信される電力を最大限にするために周知の信号処理技術を利用する。 上述した説明は各ダイポールアンテナ素子２００の個々の整合フィルタ２１０の使用を詳述しているが、整合フィルタ２１０は、個々のレクテナ素子２１０それぞれからの受信エネルギービームの部分を総計で受け取る単一のフィルタとして構成されていてもよい。

整合フィルタ２１０の各々による交流（ＡＣ）信号出力を直流（ＤＣ）電力に変換するため、電力整流ネットワーク２３０が利用される。 電力整流ネットワーク２３０は、多数の行Ｒ１，Ｒ２などと列Ｃ１，Ｃ２などを形成する電導体のグリッド又はアレーから成り、後述される態様で飛行船１０に整流した電力を供給する。 特に、パッチレクテナ３４に保持された各整合フィルタ２１０は、様々な行Ｒ及び列Ｃを経てそれぞれのデュアルＮ−チャンネルＭＯＳＦＥＴ２３４Ａ及び２３４Ｂに接続される。 図４は、Ａ−Ｂを付した２つの整合フィルタ２１０への２つのＭＯＳＦＥＴの接続を示しているだけであるが、パッチレクテナ３４に保持された各整合フィルタ２１０は、後述する態様で電力整流ネットワーク２３０に接続される関連したデュアルチャンネルＭＯＳＦＥＴを有することが認識されるべきである。 さらに、追加の行及び列が、必要に応じて電力整流ネットワーク２３０に付加され、その結果、レクテナ３４が提供できる電力摂取の量を調整するために追加のＭＯＳＦＥＴが提供できることが認識されるべきである。 １つの様相では、ＭＯＳＦＥＴ２３４Ａ及び２３４Ｂは、登録商標「ＨＥＸＦＥＴＲ」のもとで部品番号ＩＲＦ７３１３ＵＰｂＦを付けて提供されるような周囲デュアルＮ−チャンネルＭＯＳＦＥＴを含んでいてよい。

特に、デュアルＮ−チャンネルＭＯＳＦＥＴ２３４Ａ及び２３４Ｂは、それらの第１端子２３８Ａ，２３８Ｂが同じ行Ｒ１に接続されるとともに、それらの第２端子２４０Ａ，２４０Ｂが電力整流ネットワーク２３０のそれぞれの列Ｃ１及びＣ２に接続されるように、構成されている。 そのため、デュアルチャンネルＭＯＳＦＥＴ２３４Ａ及び２３４Ｂが電力ハーベスターとして働き、ＤＣ電力を電力整流ネットワーク２３０に供給する。 その上、デュアルＮ−チャンネルＭＯＳＦＥＴ２３４Ａ，２３４Ｂは、整流ネットワーク２３０の行Ｒ１及び列Ｃ１，Ｃ２の結節点に２つの電流路を提供する。 従って、整流ネットワーク２３０への１つのＭＯＳＦＥＴ接続が壊れた場合、他のＭＯＳＦＥＴはいまだに整流ネットワーク２３０に電力を供給することができる。 さらに、各ＭＯＳＦＥＴ２３４Ａ，２３４Ｂは、電力分配及び制御ネットワーク２６０で保持された様々なアドレス制御論理を介して制御され、この電力分配及び制御ネットワークは電力整流ネットワーク２３０とインターフェースし、その結果、各ＭＯＳＦＥＴ２３４Ａ，２３４Ｂは必要に応じて別個にオンオフされて、そこからの電力出力の量を計るようにしてよい。 また、電力整流ネットワーク２３０を含む回路は、膜２２０に直接一体化されてもよいし、あるいは、分離した個別ユニットとして成っていてもよい。

続いて、電力整流ネットワーク２３０は、図２に示されるように飛行船１０に積載保持された電力分配及び制御ネットワークットワーク２６０に電力インターフェース２５０を経て接続される。 電力整流ネットワーク２３０は、送信されたエネルギービーム４０で送られるアナログ又はＡＣ電力のＤＣ整流を行う一方、電力分配及び制御ネットワーク２６０は、追加の電力調整機能を行い、その結果、受信電力は、後述する電力受信系統３３の様々な電気的構成要素に適合するフォーマットに変換される。

電力分配及び制御ネットワークットワーク２６０の出力は、電力蓄積装置３００及びモータ制御装置３１０に送られる。 電力蓄積装置３００は、受信エネルギービーム４０で送られた電力の一部により充電される複数のバッテリーを含む。 その上、電力蓄積装置３００はモータ制御装置３１０に接続されているので、飛行船１０が同期アレーアンテナ５０の範囲外である場合、あるいはエネルギービーム４０が利用不可能な場合に、蓄積された電力が使用できる。 モータ制御装置３１０は、電力分配及び制御ネットワーク２６０あるいは電力蓄積装置３００のいずれかで送られた電力を受け取り処理し、飛行船１０に保持されたバルブ１６、ブロワ１８及びプロペラ２０の駆動に適合する適切な制御信号を発生する。 従って、飛行船１０が送信されたエネルギービーム４０を受信する範囲内にある場合、バルブ１６、ブロワ１８及びプロペラ２０を駆動するのに使用される電力は、電力分配及び制御ネットワーク２６０を経てエネルギービーム４０から直接提供される。 代わりに、飛行船１０が送信されたエネルギービーム４０を受信する範囲にない場合、あるいはエネルギービーム４０が利用不可能な場合、バルブ１６、ブロワ１８及びプロペラ２０を駆動するのに使用される電力は、電力蓄積装置３００により提供された蓄積エネルギーから提供される。 降下中に飛行船１０に送られる電力の量を制御するため、電力分配及び制御ネットワーク２６０に接続された飛行船トランシーバ４００と地上局６０で保持された地上トランシーバ４１０とを含む閉ループ制御装置は、後述する他の特徴と同様に、エネルギービーム４０又は４０′を介して送信される電力のレベルを制御するために利用される。

電力送信及び画像システム３０で利用される構成要素を上記に詳述したので、次に、降下中に飛行船１０に電力を送る際にシステム３０で行われる作動ステップを説明する。 最初に、飛行船１０は、高度を下るために、エネルギービームの範囲へ導かれる。 ほぼ同時に、地上局６０は、同期アレーアンテナ５０の送信アンテナ素子１００の各々に別個に送られるかＬＡＤＡＲ５０′に送られるＲＦ励磁信号を発生する。 ＲＦ励磁信号の受信に際して、同期アレーアンテナ５０あるいはＬＡＤＡＲ５０′は適切なエネルギービーム４０を生成し、このビームは、飛行船１０に搭載されたパッチレクテナ３４に向けて指向される。 飛行船１０に対してエネルギービーム４０が方向付けされるポインティング角度は、同期アレーアンテナ５０の特定の送信アンテナ素子１００あるいはＬＡＤＡＲ５０′に送られる励磁信号位相及び他のパラメータを調整することにより変更できる。 例えば、すべての送信アンテナ素子１００が、同位相である励磁信号を受信する場合、送信されたエネルギービーム４０又は４０′は、送信アンテナアレー５０に側面を向けて方向付けされた主ローブを有するエネルギーパターンを提供する。

エネルギービーム４０又は４０′は、一度送信されると、パッチレクテナ３４のダイポールアンテナ素子２００で受信される。 パッチレクテナ３４で受信された後、エネルギービーム４０で送られたアナログ又はＡＣ（交流）電力は、整合フィルタ２１０により濾過され、次に電力整流ネットワーク２３０により整流されてＤＣ（直流）電力を提供する。 次に、整流されたＤＣ電力は、インターフェース２５０を経て電力分配及び制御ネットワーク２６０へ送られ、このネットワークでは、電力は、電力蓄積装置３００及びモータ制御装置３１０によって使用に適合したフォーマットに処理される。

特に、電力蓄積装置３００に送られた電力は、エネルギービーム４０が飛行船１０に電力を供給できない場合にモータ制御装置３１０へ電力を供給するのに使用される１つ以上のバッテリーに蓄積される。 その上、モータ制御装置３１０に送られた電力は、飛行船１０が抑制された態様で降下できるように、関連するプロペラ２０、ブロワ１８及びバルブ１６を駆動するのに適合したフォーマットを有する適切なプロペラ制御信号、ブロワ制御信号及びバルブ制御信号に処理される。 従って、エネルギービーム４０がパッチレクテナ３４で受信される場合、モータ制御装置３１０は、エネルギービーム４０で送られた電力によって駆動される。 しかしながら、エネルギービーム４０が利用不可能な場合、モータ制御装置３１０は、電力蓄積装置３００のバッテリーによって電力供給される。 さらに、モータ制御装置３１０は、電力蓄積装置３００と電力分配及び制御ネットワーク２６０との連合によって電力を供給されることが考えられる。

飛行船１０降下中にエネルギービーム４０で送られた電力の量を制御するため、電力分配及び制御ネットワーク２６０は、飛行船１０が降下する速度を決定するための所定の基準でプログラムされていてよい。 所定の基準に基づいて、制御ネットワーク２６０は、飛行船トランシーバ４００により送信され地上トランシーバ４１０を経て地上局６０で受信される電力制御信号を発生する。 電力制御信号は、所定の基準に基づいた降下が達成されるように、エネルギービーム４０で送られた電力の変化に関するデータを含んでいる。 例えば、プロペラ２０を作動するのに必要とされる利用可能な電圧レベルが不十分であることを電力分配及び制御ネットワークットワーク２６０が判断した場合、飛行船１０は、エネルギービーム４０に含まれる電力を増大させるべきであることを指示する電力制御信号を送信する。 これに応答して、地上局６０は、励磁信号に関連したパラメータの１つ以上を調整して、その結果、得られたビーム４０は、増加した電力プロフィールを有していて、飛行船１０がプロペラ２０の速度を増加させることを可能にする。

エネルギービーム４０の送信中にエネルギービーム４０のパッチレクテナ３４との最適なアライメントを維持するため、またエネルギー送信過程の間にエネルギーの電位損失を最小限にするために、飛行船トランシーバ４００及び地上トランシーバ４１０を含む閉ループ制御装置が利用し得る。 従って、飛行船１０の降下中、電力分配及び制御ネットワーク２６０は、エネルギービーム４０の受信と同時に、飛行船トランシーバ４００を経て地上局６０に連続して送信される再アライメントフィードバック信号を発生する。 再アライメントフィードバック信号は、パッチレクテナ３４の表面に対するエネルギービーム４０のエネルギーパターンの方位を含んでいる。 特に、飛行船１０に保持された電力分配及び制御系統２６０は、電圧しきい値や、パッチレクテナ３４のアンテナアパーチャの中心からエネルギービーム４０が許容される最大ドリフトに一致する他の基準を備えてプログラムされていてよい。 そのため、制御系統２６０は、出力電圧が予めプログラムされたしきい値以上か以下かを判断するために、所定の周波数でパッチレクテナ３４の出力電圧を繰り返し質問することが考えられる。 電圧がしきい電圧上にあることを電力分配及び制御ネットワーク２６０が判断した場合、電力分配及び制御系統２６０は再アライメント信号を発生せず、エネルギービーム４０は再指向されることはない。 しかしながら、パッチレクテナ３４による電圧出力が予めプログラムされたしきい電圧以下に低下した場合、電力分配及び制御系統２６０は再アライメント信号を発生し、この信号は地上トランシーバ４１０を経て地上局６０で受信される。 地上局６０は再アライメント信号を分析し、エネルギービーム４０を再指向するのに必要とされる修正の量を決定し、その結果、エネルギービームで送られたエネルギーパターンが、パッチレクテナ３４のアンテナアパーチャに関して適切に調整される。 送信されたエネルギービーム４０のエネルギーパターンとパッチレクテナ３４のアンテナアパーチャとの適切なアライメントを維持することは、飛行船１０に最適な電力供給を与えることが認識されるべきである。

前述の説明は、本発明の電力送信及び受信の様相で利用される様々な構成要素を示しているが、システム３０は、飛行船１０が様々な画像機能をも行うことを可能にしていることも認識されるべきである。 画像機能を可能にするため、信号発生器４５０及び画像記憶装置４６０が電力分配及び制御ネットワーク２６０に接続される。 画像記憶装置４６０は、リアルタイムの画像処理を提供するプロセッサを含んでいてよいことが認識されるべきである。 画像信号は、レーダ信号のような無線周波数（ＲＦ）信号を含んでいてよいことが認識されるべきである。 例えば、画像システムの作動中、信号発生器４５０は、制御ネットワーク２６０により決定された周波数を有する画像信号を送るように構成されている。 次に、画像信号は電力分配及び制御ネットワークットワーク２６０に送られ、そこでは、画像信号はパッチレクテナアレー３４で発射される。 一度画像信号がパッチレクテナアレー３４で発射されあるいは送信された場合、信号発生器４５０は制御ネットワーク２６０によってオフにされ、その結果、リターン画像を形成する任意の画像リターン信号あるいはエコーは、パッチレクテナアレー３４で受信され得る。 レクテナアレー３４で検知されたリターン信号は、電力分配及び制御ネットワーク２６０で行われるアナログデジタル変換を経てディジタル化される。 次に、ディジタル化されたデータは、その後の地上局６０への転送のために画像記憶装置４６０で記憶され及び／又は処理され、この地上局では、デジタル画像データを復元することができる。 １つの様相では、デジタル画像データは、例えば合成アパーチャレーダ（ＳＡＲ）画像処理技術を使用して復元されてよい。

従って、飛行船１０の飛行中、信号発生器４５０は、パッチレクテナ３４で発射される適切な画像信号を発生する。 次に、リターン信号がパッチレクテナ３４で受信され、ここでは、リターン信号は制御ネットワーク２６０でディジタル化されて、飛行船１０の真下における地形や他の興味ある物体のレーダ画像を生成する。 飛行船１０で受信された画像はまた、地上局６０や詳しい分析のための他の指定の場所に送信されてよい。 画像システはまた、例えば合成アパーチャレーダを使用し得ることが認識されるべきである。 さらに、システム３０の画像機能及び電力摂取機能は同時に使用できることが考えられる。

従って、本発明の１つ以上の実施例の利点は、飛行船のための電力及び画像システムが飛行船に電力を供給するのに必要とされるバッテリーの数を減少させることである。 本発明の他の利点は、パッチレクテナを形成するためにチタンナノファイバーを利用できることである。 本発明の更に他の利点は、送信されたエネルギービームから獲得される電力の量を最適化するために、飛行船のための電力及び画像システムが整合フィルタを利用することである。 本発明の更なる利点は、飛行船にエネルギービームを送信するために、フィールドＬＡＤＡＲ装置が利用できることである。 最後に、本発明の他の利点は、飛行船のための二重用途の電力及び画像システムが電力送信及び受信系統の同じ構成要素を共有する画像系統を提供することである。

特定の実施例を参照して本発明を可成り詳細に記載したが、他の実施例も可能である。 従って、付随する特許請求の範囲の精神及び範囲は、ここに含まれている実施例の記載に制限されるものではない。

本発明の概念による、降下を含む飛行中に飛行船を制御するのに使用される様々なバルブ、ブロワ及びプロペラユニットを示す先行技術の飛行船の正面図である。

本発明の概念による、電力受信系統を保持する飛行船と、飛行船にエネルギービームを送信するための地上ベースの電力送信系統とのブロック図である。

本発明の概念による、送信されたエネルギービームで送られた電力を、飛行船で使用される電力に変換するために使用される、パッチレクテナアレー及び関連する回路の平面図である。

本発明の概念による、送信されたエネルギービームで送られた電力を摂取するために使用される、パッチレクテナ及び関連するＭＯＳＦＥＴの概略図である。

本発明の概念による、空中からの画像のために利用された場合におけるパッチレクテナの概略図である。