Method of detecting the image and power supply in the remote to the power and image system as well as the airship for airship |
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申请号 | JP2008115494 | 申请日 | 2008-04-25 | 公开(公告)号 | JP4510113B2 | 公开(公告)日 | 2010-07-21 |
申请人 | ロッキード・マーチン・コーポレーション; | 发明人 | ダブリュ クイン エドワード; ハリハラン ジャネット; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | 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 、 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 、及び 前記電力分配及び制御ネットワークに接続された信号発生器 を包含 しており、前記信号発生器と前記電力分配及び制御ネットワークが、所定時間の間前記パッチレクテナにより送信される画像信号を発生するように構成され、前記パッチレクテナに戻る前記画像信号のうちの幾らかが、前記信号発生器のオフの時に画像リターン信号として前記パッチレクテナにより検知される、電力送信及び画像システム。 前記電力分配及び制御ネットワークに接続され、前記パッチレクテナで前記エネルギービームから受信した電力が所定の電圧しきい値以下に低下したときに再アライメントフィードバック信号を発生する飛行船トランシーバ 、及び 前記電力送信系統に接続された地上トランシーバをさらに包含しており、前記電力送信系統が、前記地上トランシーバからの前記再アライメントフィードバック信号の受信に応答して、前記パッチレクテナでの前記送信されたエネルギービームの位置を再指向させるように構成されている、請求項1記載の電力送信及び画像システム。 前記電力送信系統がフィールドレーザ検知及び測距(LADAR)装置を包含する、請求項1記載の電力送信及び画像システム。 前記電力送信系統が、複数の送信アンテナ素子を含む同期アレーアンテナ装置を包含する、請求項1記載の電力送信及び画像システム。 前記送信アンテナ素子が複数の平面波アンテナ素子を含む、請求項4記載の電力送信及び画像システム。 各前記送信アンテナ素子が個々の励磁信号を受信するように構成され、エネルギービームが前記同期アレーアンテナに側面で向かうように、前記励磁信号が互い同期している、請求項4記載の電力送信及び画像システム。 前記パッチレクテナが複数のダイポールアンテナ素子を含む、請求項1記載の電力送信及び画像システム。 前記ダイポールアンテナ素子がナノファイバーで構成され、前記ナノファイバーがチタンで構成される、請求項7記載の電力送信及び画像システム。 前記ダイポールアンテナ素子と前記電力分配及び制御ネットワークとの間で接続された整合フィルタ 、及び 前記整合フィルタと前記電力分配及び制御ネットワークとの間で接続された電力整流ネットワークをさらに包含する、請求項7記載の電力送信及び画像システム。 前記電力整流ネットワークが1つ以上のMOSFETを含む、請求項9記載の電力送信及び画像システム。 前記パッチレクテナ、前記整合フィルタ及び前記電力整流ネットワークが膜内で一体化され、前記飛行船が揚力ガスを入れた気嚢を有し、前記膜が前記気嚢に一体化される、請求項9記載の電力送信及び画像システム。 前記電力分配及び制御ネットワークに接続され、前記画像リターン信号を記憶するように構成された画像記憶装置をさらに包含しており、前記電力分配及び制御ネットワークが、前記画像記憶装置に記憶された前記画像リターン信号のアナログデジタル変換を行う、請求項 1記載の電力送信及び画像システム。 飛行船に遠隔で電力供給 し画像を検知する方法であって、 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 、制御ネットワークにより判断すること 、 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 、 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 、 前記エネルギービームを受信する代わりに画像を検知するために制御ネットワークにより前記レクテナを再構成すること、 所定時間の間前記制御ネットワークに接続された信号発生器により前記レクテナを介して画像信号を発生すること、及び 前記信号発生器のオフの時に前記レクテナにより前記画像信号のうちのリターン信号を検知すること を包含する、方法。 |
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说明书全文 | 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(特開2004−276614号公報に対応)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、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、及び前記電力分配及び制御ネットワークに接続された信号発生器を包含しており、前記信号発生器と前記電力分配及び制御ネットワークが、所定時間の間前記パッチレクテナにより送信される画像信号を発生するように構成され、前記パッチレクテナに戻る前記画像信号のうちの幾らかが、前記信号発生器のオフの時に画像リターン信号として前記パッチレクテナにより検知される、電力送信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し画像を検知する方法であって、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、制御ネットワークにより判断すること、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、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、前記エネルギービームを受信する代わりに画像を検知するために制御ネットワークにより前記レクテナを再構成すること、所定時間の間前記制御ネットワークに接続された信号発生器により前記レクテナを介して画像信号を発生すること、及び前記信号発生器のオフの時に前記レクテナにより前記画像信号のうちのリターン信号を検知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。 10 飛行船 12 気嚢 16 バルブ 18 ブロワ 20 プロペラユニット 30 電力送信及び画像システム 32 電力送信系統 33 電力受信系統 34 パッチレクテナ34 |