JPWO2018220996A1 - 電波測定システム - Google Patents

Abstract

電波が反射する環境でアンテナの放射パターンを測定する場合、マルチパスの影響で高い精度で測定することは難しい。上空方向に電波２を放射している被計測アンテナ３０の上空で移動または静止する空中移動体３と、空中移動体の位置を測定する位置測定部１８とを備える。空中移動体３には、電波２を受信する計測用アンテナ１４と、計測用アンテナ１４が受信する電波２の振幅および位相の何れか少なくとも一つを含む受信電波データ７３を計測する電波計測部１５とが搭載されている。さらに、受信電波データ７３と、受信電波データ７３を計測した時点での空中移動体３の位置である計測点データ７４を被計測アンテナ３０に対する相対的な位置として表した電波源相対位置データ７８とを含む放射電波データ７１を生成する放射電波データ生成部２１とを備える。

Description

この発明は、アンテナが放射する電波を計測する電波測定システム、あるいは電波により無線で電力を送電する無線送電装置に関する。

複数の素子アンテナから放射されるマイクロ波を制御することにより送電マイクロ波ビームの方向を制御して送電するシステムが開発されている（非特許文献１参照）。このシステムは、マイクロ波などの周波数帯域の電波を用いて遠方に電力を送電することを目的として開発されている。このシステムでは、ビーム制御には振幅モノパルス法と素子電界ベクトル回転法（Rotating Element Electric Field Vector (REV) Method、ＲＥＶ法）とを用いている。振幅モノパルス法とＲＥＶ法とを用いることで、マイクロ波を用いた高効率な無線電力伝送が実現されている。受電側から送電マイクロ波の送信方向をガイドするパイロット信号を送信し、振幅モノパルス法によりパイロット信号の到来方向を各送電パネルで検知し、その方向にマイクロ波を放射する。ＲＥＶ法により、各送電パネル間の段差に相当する光路長を検知して補正する。送電するマイクロ波のビーム方向や放射パターンは、モニタアンテナを２次元に移動可能なＸＹスキャナーに取り付けて、電波が放射されるエリアをスキャンすることで測定されている。

水中環境下で移動体に給電する給電システムとして、給電される移動体を電磁界エネルギーが大きくなる方向に導いて無線給電を受ける給電位置に誘導する技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１では、送電のためのアンテナを通信にも使用することが提案されている。特許文献１の図１１では送信アンテナ１１−１の中に通信機能１５０があり、図１２では受信アンテナ２１−１の中に通信機能２５０があるように書かれている。しかし、送電のためのアンテナを通信にも使用する具体的な構成は、特許文献１には記述されていない。

特開２０１６−１２７６７８

牧野克省他："SSPSの実現に向けた高精度マイクロ波ビーム方向制御装置の開発とその技術実証試験", 電子情報通信学会技報, SANE 2015-22, pp.37-42, June 2015.

電波が反射する環境では、マルチパスの影響がある。そのため、アンテナの放射パターンを高い精度で測定することは難しい。また、高精度なアンテナ放射パターンを測定する場合は、電波が反射しにくい電波暗室の環境で測定される。しかし、電波暗室の環境においても、少ないながらもマルチパスの影響を受ける。そのため、必要な精度で測定できないことがある。また、空中移動体に送電する無線送電装置において、空中移動体が存在する方向に高精度に電波を放射できず、無線送電の効率が低下するという課題がある。

本発明は、上記のような問題を解決するために、ドローンなどの空中移動体を用いて、高精度にアンテナが放射する電波を測定する電波計測システム、および空中移動体に送電するアンテナから放射される電波を従来よりも高精度に制御する無線送電装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電波測定システムは、上空方向に電波を放射している被計測アンテナの上空で移動または静止する空中移動体と、空中移動体の位置を測定する位置測定部とを備える。空中移動体には、電波を受信する計測用アンテナと、計測用アンテナが受信する電波の振幅および位相の何れか少なくとも一つを含む受信電波データを計測する電波計測部とが搭載されている。さらに、受信電波データと、受信電波データを計測した時点での空中移動体の位置である計測点データを被計測アンテナに対する相対的な位置として表した電波源相対位置データとを含む放射電波データを生成する放射電波データ生成部とを備える。

この発明に係る無線送電装置は、放射する電波で電力を送電する指向方向を変更できる送電アンテナと、送電対象である空中移動体が存在する方向である放射方向を決める放射方向決定部と、放射方向に送電アンテナの指向方向を向ける指向方向変更部と、送電アンテナから電波として送信される送信信号を生成する送信信号生成部とを備えたものである。

この発明に係る電波測定システムによれば、高精度に被計測アンテナが放射する電波を測定できる。

この発明に係る無線送電装置によれば、従来よりも高精度に空中移動体が存在する方向に電波を放射でき、無線送電の効率を従来よりも改善できる。

この発明の実施の形態１に係る空中移動体を用いた電波測定システムの概念図である。 実施の形態１に係る空中移動体を用いた電波測定システムの構成図である。 実施の形態１に係る電波計測システムを構成する空中移動体の電源系統の構成を説明するブロック図である。 実施の形態１に係る空中移動体を用いた電波測定システムでの電波の放射パターンを測定する手順を説明するフローチャートである。 実施の形態１に係る空中移動体を用いた電波測定システムでの電波の放射パターンを測定する別の手順を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る無線送電装置による空中移動体への送電システムの概念図である。 実施の形態２に係る無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成図である。 実施の形態２に係る無線送電装置により送電される電力を受電する空中移動体の電源系統の構成を説明するブロック図である。 実施の形態２に係る無線送電装置による空中移動体への送電システムでの送電手順を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成図である。 実施の形態３に係る無線送電装置による空中移動体への送電システムでの送電手順を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態４に係る空中移動体を用いた電波測定システムかつ無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成図である。 実施の形態４に係る空中移動体を用いた電波測定システムかつ無線送電装置による空中移動体への送電システムにおいて無線送電装置による空中移動体への送電システムでの電波の放射パターンを測定する手順を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態５に係る空中移動体を用いた電波測定システムの構成図である。 実施の形態５に係る空中移動体を用いた電波測定システムでの電波の放射パターンを測定する手順を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態６に係る空中移動体を用いた電波測定システムかつ無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成図である。 実施の形態６に係る空中移動体を用いた電波測定システムかつ無線送電装置により送電される電力を受電する空中移動体の電源系統の構成を説明するブロック図である。 この発明の実施の形態７に係る空中移動体を用いた電波測定システムかつ無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成図である。 この発明の実施の形態８に係る空中移動体を用いた電波測定システムの概念図である。 実施の形態８に係る空中移動体を用いた電波測定システムの構成図である。 実施の形態８に係る空中移動体を用いた電波測定システムでの電波の放射パターンを測定する手順を説明するフローチャートである。

実施の形態１．
実施の形態１に係る電波測定システムの構成について、図１と図２を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る空中移動体を用いた電波測定システムの概念図である。図２は、実施の形態１に係る空中移動体を用いた電波測定システムの構成図である。空中移動体を用いた電波測定システムによる無線送電装置が放射する電波の測定は、屋外などの電波環境の良い場所で実施される。

複数（図１の例では４台）の送電装置１で、屋外で上空方向に送電電波２を放射する。送電装置１は、放射する電波により電力を送電する送電アンテナを有する無線送電装置である。送電装置１の上空の空間に形成される送電電波２による電界および磁界の２次元および３次元の強度分布（放射パターン、電波の形状またはビーム形状と呼ぶ）は、ドローン３を使用して計測する。なお、ドローンとは、遠隔操作や自動制御によって飛行（空中移動）できる無人航空機の総称である。ドローン３は、人またはコンピュータにより移動体指令装置４を介して制御される。

ドローン３は、飛行制御装置５、機上通信アンテナ６、無線モデム７、ドローン電源システム８を有する。飛行制御装置５は、空中を移動または静止するためにドローン３が有する機構を制御する。機上通信アンテナ６は、通信のための電波を送信および受信する。無線モデム７は、機上通信アンテナ６を使用して通信する。ドローン電源システム８は、ドローン３が飛行、通信および電波のビーム形状を計測する際に使用する電力を管理する。ドローン３が空中を移動または静止するための機構を代表するものとして、図には動力源となる駆動モータ９を表示する。移動体指令装置４は、ドローン３と通信できるように、無線モデム１０および通信アンテナ１１を有する。これらの装置は、ドローン３および移動体指令装置４が通常は備えるものである。移動体指令装置４が有する無線モデム１０および通信アンテナ１１と、ドローン３が有する機上通信アンテナ６および無線モデム７とは、移動体通信系１２を構成する。移動体通信系１２により、ドローン３は制御される。

さらに、ドローン３には、送電電波２が形成するビーム形状を表すビーム形状データ７１を計測するための搭載装置１３が搭載されている。搭載装置１３は、モニタアンテナ１４、検波器１５、機上制御装置１６、およびデータ記憶装置１７を有する。モニタアンテナ１４は、送電電波２を受信する。モニタアンテナ１４は、送電装置１が放射する電波を受信する計測用アンテナである。検波器１５は、モニタアンテナ１４が受信した電波を検波して電波の位相や振幅を計測する。機上制御装置１６は、検波器１５を制御し測定した検波データ７３を管理する。データ記憶装置１７は、検波データ７３などを記憶する記憶装置である。搭載装置に含まれる機器や装置および機上制御装置で実行される処理を表す機能部などは、ドローンに搭載される。

検波器１５で検波データ７３を計測するなどのための計測コマンド７２は、移動体指令装置４から移動体通信系１２および飛行制御装置５を介して、機上制御装置１６に送られる。機上制御装置１６は、計測コマンド７２による指示にしたがって検波器１５を制御する。

検波データ７３には、送電電波２の振幅および位相のどちらか一方または両方が少なくとも含まれる。検波データ７３は、モニタアンテナ１４が受信する送電電波２の振幅および位相を含む受信電波データである。検波器１５は、受信電波データを計測する電波計測部である。

機上制御装置１６と飛行制御装置５の間は有線または近距離無線で結ばれ、双方向にデータおよびコマンドの送受が可能である。ドローン３には、ドローン３の位置を測位するＧＰＳ(Global Positioning System)受信機などの測位センサ１８が備えられる。測位センサ１８が計測した位置データ７４は、飛行制御装置５を介して機上制御装置１６に送られる。検波データ７３は、検波データ７３を計測した時点すなわち電波を受信した時点のドローン３の位置を表す位置データ７４と組にした位置付検波データ７０を含む測定データ７７が、データ記憶装置１７に記憶される。位置データ７４は、検波データ７３を計測した時点のドローン３の位置である計測点データである。位置付検波データ７０を、電波測定データとも呼ぶ。データ記憶装置１７に記憶された測定データ７７は、ドローン３が着陸した後に、測定系制御装置２１に入力される。

測定データ７７は、移動体通信系１２を介して測定系制御装置２１に送信されてもよい。図２では、移動体通信系１２を介して測定系制御装置２１に送信される測定データ７７などのデータの流れも示している。

移動体指令装置４は、計測コマンド７２および飛行コマンド７５を、移動体通信系１２によりドローン３に向けて送信する。計測コマンド７２は、搭載装置１３を制御するコマンドである。飛行コマンド７５は、ドローン３の飛行を制御するためのコマンドである。コマンドとは、機器がどのように動作するかを指示する指令である。コマンドを受信した機器あるいはその制御装置は、コマンドから制御信号を生成し、制御信号により機器を制御する。

図３を参照して、ドローン電源システム８の構成を説明する。図３は、実施の形態１に係る電波計測システムを構成する空中移動体の電源系統の構成を説明するブロック図である。ドローン電源システム８は、蓄電ユニット１９と、負荷側コンバータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃとを有する。蓄電ユニット１９は、外部から供給された直流電力を貯蔵する。負荷側コンバータ２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、蓄電ユニット１９に貯蔵された直流電力を負荷設備が必要とする電圧に変換して負荷設備に給電するＤＣ−ＤＣコンバータである。負荷設備とは、搭載装置１３、飛行制御装置５、無線モデム７および駆動モータ９などである。負荷側コンバータ２０ａは、変換した直流電力を搭載装置１３に供給する。負荷側コンバータ２０ｂは、変換した直流電力を飛行制御装置５および無線モデム７に給電する。負荷側コンバータ２０ｃは、駆動モータ９に給電する。なお、搭載装置１３に含まれる機器が複数の電源電圧を必要とする場合は、電圧ごとに複数の負荷側コンバータを設ける。飛行制御装置５および無線モデム７が異なる電源電圧が必要な場合は、それぞれ別の負荷側コンバータから給電する。また、例えば搭載装置１３と無線モデム７が同じ電源電圧で使用される場合は、同じ負荷側コンバータから給電してもよい。ドローン３が飛行できなくなる確率を小さくするために、複数の駆動モータ９および複数の負荷側コンバータ２０ｃを設けてもよい。

送電装置１が放射する送電電波２を計測する電波測定システムは、搭載装置１３を搭載したドローン３と、ドローン３を制御する移動体指令装置４と、搭載装置１３に含まれる電波測定用の機器を制御する測定系制御装置２１とを有して構成される。

送電装置１は、送信信号生成部２３と、１個の初段モジュール２４と、分配回路２５と、複数個の２段モジュール２６と、２段モジュール２６ごとに設けられた素子アンテナ２７を有する。送電制御装置２２は送電制御信号７６を送電装置１に送る。送電制御信号７６により、送電装置１が送電するかどうか、どのようなビーム形状および方向に送電するかなどを制御する。送信信号生成部２３は、各素子アンテナ２７が電波として放射する決められた周波数の送信信号を生成する。送信信号生成部２３が出力する送信信号は、初段モジュール２４に入力される。初段モジュール２４で増幅および位相を調整された送信信号は、分配回路２５で分配されて２段モジュール２６に入力される。２段モジュール２６で増幅および位相を調整された送信信号は、素子アンテナ２７から送電電波２として空間に放射される。送信信号生成部２３、初段モジュール２４および２段モジュール２６は、送電制御信号７６により制御される。初段モジュール２４または２段モジュール２６を、素子モジュールと呼ぶ。

初段モジュール２４と２段モジュール２６は、同じ構成である。初段モジュール２４および２段モジュール２６のそれぞれは、移相器２８と、増幅器２９とを有する。移相器２８は、送信信号の位相を指示値だけ変化させる。移相器２８は、位相の分解能を決めるビット数で決まる位相回転の刻み幅で離散的に位相を変化させる。例えば５ビット移相器の場合は、３６０°／２^５＝１１．２５°の刻み幅で位相を回転させる。移相器２８は、連続的に位相を変化させるものでもよい。初段モジュール２４の移相器２８は、送電装置１に属する複数の素子アンテナ２７の位相を一律に変更できる。増幅器２９は、送信信号を増幅する。

１個の送電装置１において、各素子アンテナ２７はマトリクス状に配置されている。また、４個の送電装置１は互いに隣接するようにマトリクス状に配置されている。したがって、すべての素子アンテナ２７はマトリクス状に配置される。

１個の送電装置１は、放射する電波の位相を制御できる複数の素子アンテナ２７を有するフェーズドアレイアンテナである。また、４個の送電装置１の集合を１個のフェーズドアレイアンテナ３０と考えることもできる。この実施の形態１の電波計測システムでは、フェーズドアレイアンテナ３０が放射する電波のビーム形状を計測する。つまり、フェーズドアレイアンテナ３０が、ビーム形状を計測する対象となるアンテナである被計測アンテナである。１個の送電装置１を送電ユニットと考え、複数個の送電装置１の集合体を送電装置と考えることもできる。送電装置１は、複数の素子アンテナ２７を複数のグループに分けた場合の１個のグループに対応する。

動作を説明する。図４は、実施の形態１に係る空中移動体を用いた電波測定システムでの電波の放射パターンを測定する手順を説明するフローチャートである。ステップＳ０１で、ドローン３の移動パターンを決める。移動パターンとしては、送電電波２が放射される方向に垂直なカット面上で２次元的に走査するパターンとする。カット面を送電装置１からの距離が異なる複数の位置に設定して、３次元的に電波を測定する。

ステップＳ０２で、飛行コマンド７５を移動体通信系１２によりドローン３に送り、ドローン３を移動パターン中の初期位置に移動させ、静止させる。ステップＳ０３で、送電装置１が送電を開始する。Ｓ０２とＳ０３を、入れ替えてもよい。

ステップＳ０４で、移動体通信系１２により伝えられた計測コマンド７２に従い、モニタアンテナ１４が受信する送電電波２の振幅および位相を含む検波データ７３を測定する。同時に測位センサ１８がドローン３の位置を測定する。ステップＳ０５で、測定した検波データ７３と位置データ７４の組である位置付検波データ７０を、データ記憶装置１７に記憶させる。ステップＳ０６で、検波データ７３をまだ測定していない測定位置があるかどうかをチェックする。検波データ７３を測定していない測定位置がある場合（Ｓ０６でＹＥＳ）は、ステップＳ０７で、飛行コマンド７５を移動体通信系１２によりドローン３に送り、ドローン３を次の測定位置に移動させ静止させる。そして、ステップＳ０４に戻る。

検波データ７３を測定していない測定位置が存在しない場合（Ｓ０６でＮＯ）は、ドローン３を地上に着陸させる。具体的には、ステップＳ０８で、飛行コマンド７５を移動体通信系１２によりドローン３に送り、ドローン３を地上で停止させ、その駆動モータ９を停止させる。ステップＳ０９で、データ記憶装置１７から位置付検波データ７０を取得し、測定系制御装置２１に入力する。測定系制御装置２１では、ステップＳ１０で送電装置１を基準とする相対位置データ７８に、位置データ７４を変換する。ステップＳ１１で、検波データ７３を相対位置データ７８に対応付けたビーム形状データ７１を生成する。図４に示すフローチャートでのドローン３の動作は、蓄電ユニット１９に貯蔵された電力を使用することでなされる。なお、地上とは地面の上だけでなく、ビルや塔などの地上に設置された構造物の上も含む。

ドローン３がカット面上を２次元的に走査するので、送電電波２の２次元の放射パターン（ビーム形状）を高精度に測定できる。さらに、ドローン３が垂直方向の高度を変えて送電電波２を測定することで、３次元的な送電電波２の放射パターンを測定できる。

送電装置１を基準とする相対位置に変換した位置データ７４を、相対位置データ７８と呼ぶ。相対位置データ７８は、位置データ７４を送電装置１に対する相対的な位置として表した電波源相対位置データである。ビーム形状データ７１は、検波データ７３と電波源相対位置データとを含む放射電波データである。測定系制御装置２１は、放射電波データを生成する放射電波データ生成部である。測定系制御装置２１が、放射電波データ生成部を有すると考えてもよい。他の装置が放射電波データ生成部である場合も、他の装置が放射電波データ生成部を有すると考えてもよい。

ドローン３の送電装置１に対する相対的な位置を計算するために、予め測位センサ１８が測位する緯度、経度、高度などの座標系での送電装置１の位置を測定して、記憶しておく。記憶した送電装置１の位置をドローン３の位置データ７４から減算することで、相対位置データ７８を生成する。送電装置１にも測位センサを設けて、測位センサの計測値を減算することで相対位置を計算してもよい。

機上制御装置、データ記憶装置あるいは他の処理装置に送電装置の位置を記憶させておき、機上制御装置あるいは他の処理装置で、位置データを相対位置データに変換してもよい。そして、機上制御装置あるいは他の処理装置で検波データと相対位置データとを含む放射電波データを作成してもよい。その場合には、機上制御装置あるいは他の処理装置が放射電波データ生成部になる。機上制御装置で放射電波データを作成する場合には、以下のようになる。予め測定した送電装置１の位置をドローン３が有する記憶装置に記憶させておく。機上制御装置で、位置データ７４を相対位置データ７８に変換し、検波データ７３を相対位置データ７８に対応付けたビーム形状データ７１Ａを生成する。ビーム形状データ７１Ａは、同じ時刻の検波データ７３と相対位置データ７８とを組合せた位置付検波データ７０Ａでもある。位置付検波データ７０Ａを、電波測定データとも呼ぶ。

電波測定システムでは、送電装置１から送電電波２を上空に向けて放射する。電波測定システムは、空中移動体であるドローン３を使用して、送電装置１の上空での送電電波２のビーム形状データ７１を測定する。そうすることで、反射の影響を少なくして送電装置１の送電電波２のビーム形状データ７１を精度よく測定できる。

図４では、ドローン３を静止させて検波データ７３を計測したが、移動させながら検波データ７３を計測してもよい。ドローン３をどのように飛行または静止するかを移動体指令装置４から飛行コマンド７５を送信して制御したが、ドローン３に記憶させたプログラムにしたがって動作することでドローン３が自律的に飛行または静止するようにしてもよい。ドローン３に記憶されるプログラムは、ドローン３が決められた飛行ルートを飛行および静止するようにするプログラムである。

位置付検波データ７０を含む測定データ７７を、ドローン３が飛行中に通信で測定系制御装置２１に送信するようにしてもよい。その場合の手順を説明するフローチャートを図５に示す。

図５について、図４とは異なる点を説明する。ステップＳ０５Ａで、測定した位置付検波データ７０を含む測定データ７７は、機上制御装置１６から飛行制御装置５に送られる。さらに測定データ７７は、移動体通信系１２および移動体指令装置４を介して、測定系制御装置２１に送られる。ステップＳ１２で、測定系制御装置２１では、測定データ７７に含まれる位置付検波データ７０を、その内部に有する不揮発性記憶装置に記憶させる。ステップＳ０５ＡおよびステップＳ１２があるので、ドローン３が有するデータ記憶装置１７から位置付検波データ７０を取得するステップＳ０９は、フローチャートから削除している。そのため、ステップＳ０８の実行後は、ステップＳ１０に進む。
図５に示す手順でも、送電装置１のビーム形状データ７１を精度よく計測できる。

ドローン３から位置付検波データ７０ではなく検波データ７３を送信し、地上から計測したドローン３の位置データ７４と検波データ７３を測定系制御装置２１が組合せて位置付検波データ７０を生成してもよい。ドローン３は、少なくとも検波データ７３を測定系制御装置２１に送信すればよい。

電波計測システムは、無線送電装置ではなく他の用途のアンテナが放射する電波のビーム形状を計測することもできる。無線送電装置としては、この明細書で示すものとは異なるものでもよい。他の無線送電装置または他の用途のアンテナが放射する電波のビーム形状を計測する場合には、ビーム形状を計測する対象となるアンテナである被計測アンテナから上空方向に電波を放射させる。電波を放射している被計測アンテナの上空で、ドローンなどの空中移動体を静止および移動させる。空中移動体の位置は、ＧＰＳなどの測位センサである位置測定部により測定する。空中移動体には、電波を受信する計測用アンテナと、計測用アンテナで受信した電波の振幅と位相を含む受信電波データを計測する検波器などを搭載する。受信電波データと、受信電波データを計測した時点での空中移動体の位置である計測点データとからビーム形状データを生成する。なお、ビーム形状データでは、被計測アンテナを基準とする相対位置として計測点データを表現する。

ドローン３を使用する替わりに、送電装置１の上空の決められた位置にモニタアンテナを固定してもよい。ただし、モニタアンテナを固定するための構造部材で電波が反射や遮蔽されるので、測定される電波の位相や振幅は精度が悪くなる可能性がある。

電波測定を屋外など電波環境の良い場所で行うことにより、地面の反射などのマルチパスの影響を受けないで、被計測アンテナのビーム形状を計測できる。なお、影響を受けないとは、受ける影響が十分に小さいことを意味する。また、種々のデータやコマンドなどの送信には、ドローンを制御するために用意されている移動体通信系を用いる。そのため、ビーム形状の測定や無線送電を実施する上で必要な通信のために、ドローンに新たなハードウエアを追加することは不要である。このため、搭載装置を軽量にでき、かつ低消費電力で、電波計測が可能となる。

測定系制御装置２１、送電制御装置２２、機上制御装置１６および飛行制御装置５は、汎用計算機または専用計算機で専用のプログラムを実行させることで実現する。汎用計算機または専用計算機は、プログラムを実行するＣＰＵ(Central Processing Unit)などの演算処理部とメモリ部とを有する。メモリ部は、揮発性または不揮発性のメモリおよび／またはハードディスクである。メモリ部には、測定系制御装置２１、送電制御装置２２、機上制御装置１６および飛行制御装置５の何れかで動作させるためのプログラムが記憶される。また、メモリ部には、処理の過程および／または処理結果のデータを記憶する。機上制御装置１６のメモリ部は、データ記憶装置１７と兼用してもよい。測定系制御装置２１および送電制御装置２２を１個の計算機で実現してもよい。また、機上制御装置１６および飛行制御装置５を１個の計算機で実現してもよい。
以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成について、図６と図７を用いて説明する。図６は、この発明の実施の形態２に係る無線送電装置による空中移動体への送電システムの概念図である。図７は、実施の形態２に係る無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成図である。

図６と図７に関して、図１および図２とは異なる点を説明する。ドローン３Ａは、パイロット送信機３２と、パイロット送信アンテナ３３と、送電電波２を受信する１台または複数台の受電アンテナ３４と、ドローン電源システム８Ａとを有する。パイロット送信機３２は、送電装置１Ａに送電方向を指示するためのパイロット信号３１を生成する。パイロット送信アンテナ３３は、パイロット信号３１を送電装置１Ａに向けて放射する。ドローン電源システム８Ａは、受電アンテナ３４が受信した電波から得られる電力を貯蔵および利用する。

ドローン３Ａすなわち飛行制御装置５Ａと移動体指令装置４Ａとは、測定系制御装置２１Ａに測定データ７７を送信しない。図７では、ドローン３Ａがモニタアンテナ１４と検波器１５を有するように図示しているが、モニタアンテナ１４と検波器１５を有さなくてもよい。データ記憶装置１７Ａは、実施の形態１の場合のデータ記憶装置１７と異なり、パイロット送信機に関するデータなどを記憶し、電波測定システムで必要であるデータは記憶しない。

実施の形態１と同様に、モニタアンテナ１４で送電電波２を受信し、検波器１５が電波の位相や振幅を計測してもよい。モニタアンテナ１４および検波器１５で電波を計測する場合は、実施の形態２は、空中移動体への送電システムかつ電波計測システムである。ドローンが有するデータ記憶装置および機上制御装置は、電波計測システムを構成する場合には、実施の形態１の場合と同様な構成も有する。

パイロット送信機３２は、パイロット送信機制御コマンド７９に応じて、測定系制御装置２１Ａにより制御される。パイロット送信機制御コマンド７９は、移動体指令装置４および移動体通信系１２を介して、測定系制御装置２１Ａから機上制御装置１６Ａに送信される。

パイロット送信機制御コマンド７９を送信するため、送電開始前に素子電界ベクトル回転法（Rotating Element Electric Field Vector (REV) Method、ＲＥＶ法）を実行するため、測定系制御装置２１Ａと送電制御装置２２Ａは互いに通信およびデータの送受が可能である。また、図７に符号を示していないが、ＲＥＶ法を実行するためのコマンドが、送電制御装置２２Ａから測定系制御装置２１Ａを経由して機上制御装置１６Ａに送信される。機上制御装置１６Ａからは測定した受信電力のデータが、送電制御装置２２Ａに送信される。なお、送電制御装置２２Ａと機上制御装置１６Ａとが、測定系制御装置２１Ａを介さないで通信してもよい。

図８を参照して、ドローン電源システム８Ａの構成を説明する。図８は、実施の形態２に係る無線送電装置により送電される電力を受電する空中移動体の電源系統の構成を説明するブロック図である。図３と比較して、図８に示すドローン電源システム８Ａは、整流器３５と整流側コンバータ３６とが追加されている。整流器３５は、受電アンテナ３４で受信した電波から生成される受信信号を整流して直流にする。整流側コンバータ３６は、整流器３５で整流した直流電力の電圧を変更する。蓄電ユニット１９は、整流側コンバータ３６が出力する直流電力を貯蔵する。

実施の形態２のドローン電源システム８Ａでは、受電アンテナ３４、整流器３５および整流側コンバータ３６を追加している。そうすることで、蓄電ユニット１９に飛行開始前に貯蔵されていた電力に加え、飛行中に受電アンテナ３４で受電した電力を利用することができる。そのため、ドローン３Ａは、ドローン３と比較して空中を移動または静止できる時間をより長くできる。ドローン３Ａを例えば電波計測に使用する場合には、電波を計測できる時間をより長くできる。時間を長くすることで、例えば、送電電波２のビーム形状データ７１における計測点の空間密度を向上させることができる。

ドローンが複数の蓄電ユニットを備え、飛行中に受電アンテナ３４で受電した電力は一部の蓄電ユニットに蓄えるようにしてもよい。ドローンまたは検波器の何れか少なくとも一つが、飛行中に受電した電力が蓄えられる蓄電ユニットの電力を利用するようにしてもよい。

送電装置１Ａは、パイロット信号３１を受信するパイロット受信アンテナ３７を有する。パイロット受信アンテナ３７は、例えば図６に示すように、送電装置１Ａにおいてマトリクス状に配置した素子アンテナ２７の中央部に配置する。さらに、到来方向検出装置３８が追加されている。到来方向検出装置３８は、複数の送電装置１Ａがそれぞれ有するパイロット受信アンテナ３７が受信するパイロット信号３１が入力されて、例えばモノバルス法によりパイロット信号３１の到来方向を決める。到来方向は、送電装置１Ａから見てパイロット信号３１が到来する方向である。到来方向検出装置３８が検出した到来方向データ８０は、送電制御装置２２Ａに入力される。送電制御装置２２Ａは、到来方向データ８０により示される到来方向に向かう方向に送電電波２を放射するように送電装置１Ａを制御する。つまり、送電電波２が放射される方向である放射方向は、到来方向を１８０度反転させた方向である。

パイロット信号３１は、到来方向あるいは存在方向を知らせるためにドローン３Ａが発する方向信号である。存在方向とは、送電装置１Ａから見たドローン３Ａが存在する方向である。存在方向と到来方向は、互いに逆向きの方向である。ドローン３Ａに搭載されたパイロット送信機３２およびパイロット送信アンテナ３３は、方向信号を送信する方向信号送信部である。地上に設置された送電装置１Ａが有するパイロット受信アンテナ３７は、方向信号を受信する方向信号受信部である。パイロット送信機３２、パイロット送信アンテナ３３およびパイロット受信アンテナ３７は、方向信号を送信および受信する方向信号送受信部である。

この実施の形態２では、フェーズドアレイアンテナ３０は、放射する電波で電力を送電する指向方向を変更できる送電アンテナとして機能する。ドローン３Ａが、送電対象の空中移動体である。到来方向検出装置３８は、送電装置１Ａから見てドローン３Ａが存在する方向である放射方向を決める放射方向決定部である。送電制御装置２２Ａは、放射方向にフェーズドアレイアンテナ３０の指向方向を向ける指向方向変更部である。

動作を説明する。図９は、実施の形態２に係る無線送電装置による空中移動体への送電システムでの送電手順を説明するフローチャートである。まず、ステップＳ２１で、ドローン３Ａを送電装置１Ａの上空の決められた位置に静止させる。

ステップＳ２２で、送電装置１Ａごとに複数の２段モジュール２６のそれぞれに対応する素子アンテナ２７が電波を放射する。素子アンテナ２７が放射する電波は、ドローン３Ａが有するモニタアンテナ１４で受信される。各素子アンテナ２７が放射する電波がモニタアンテナ１４の位置に生成する素子電界ベクトルの間の位相差を、ＲＥＶ法により測定する。ＲＥＶ法は、２段モジュール２６のどれか１個が放射する電波の位相を変化させて、モニタアンテナ１４で受信される電波の電界ベクトルの振幅（電界強度）の変化を計測する。計測された電界強度である検波データ７３は、移動体通信系１２および測定系制御装置２１を介して、送電制御装置２２に送られる。送電制御装置２２は、受信した検波データ７３により伝えられた電界ベクトルの振幅の変化から、各２段モジュール２６に対応する素子アンテナ２７が放射する電波の素子電界ベクトルと、すべての素子アンテナ２７が放射する電波を合成した電波の電界ベクトルとの位相差を算出する。なお、各素子アンテナ２７が生成する素子電界ベクトルの間の位相差は、送電装置１Ａの内部での経路長の差や、各素子アンテナ２７とモニタアンテナ１４との距離の差などにより発生する。

ステップＳ２３では、各送電装置１Ａが有する複数の２段モジュール２６の間の計測された位相差を考慮して、各２段モジュール２６が有する移相器２８に位相オフセット値を設定する。位相オフセット値とは、外部から与えられる位相指令値から減算する値である。移相器２８は、位相指令値から位相オフセット値を減算した量だけ位相を変化させる。そのため、実際に移相器２８が出力する送信信号での位相の変化量は、位相指令値から位相オフセット値を引いた値である。位相指令値から位相オフセット値を減算することで、各２段モジュール２６に同じ位相指令値が与えられる場合に、各２段モジュール２６が同じ位相の電波を放射できるようになる。

ステップＳ２４で、複数の送電装置１Ａのそれぞれが放射しモニタアンテナ１４で受信されて生成される電界ベクトルの間の位相差を、各送電装置１Ａが有する１段モジュール２４の位相を変化させてＲＥＶ法により測定する。このＲＥＶ法では、各送電装置１Ａでの初段モジュール２４までの経路長の差や各送電装置１Ａからモニタアンテナ１４までの距離の差による、各送電装置１Ａが生成する電界ベクトルの間の位相差が計測される。ステップＳ２５では、各送電装置１Ａが放射する電波の間の計測された位相差を考慮し、各送電装置１Ａの初段モジュール２４が有する移相器２８の位相オフセット値を設定する。

Ｓ２１からＳ２５の処理で、各送電装置１Ａの内部での経路長の差などによる１段モジュール２４または２段モジュール２６ごとの位相オフセット値を予め計測し、それらを考慮して各移相器２８の位相指令値を決める。そのため、各素子アンテナ２７から放射される電波を、位相の基準が揃った値にすることができる。なお、Ｓ２１からＳ２５は、送電装置１Ａを最初に使用する前に実施する。初段モジュール２４または２段モジュール２６である素子モジュールを交換した場合にも、交換した素子モジュールの位相オフセット値を求める。

ステップＳ２６で、ドローン３Ａのパイロット送信アンテナ３３がパイロット信号３１を送信する。ステップＳ２７で、送電装置１Ａが有するパイロット受信アンテナ３７がパイロット信号３１を受信する。ステップＳ２８で、到来方向検出装置３８がパイロット信号３１の到来方向データ８０を決定する。ステップＳ２９で、到来方向データ８０が示す到来方向に向かう方向を放射方向として送電電波２を送信できるように、送電制御装置２２Ａが各送電装置１Ａの素子モジュールのそれぞれに対する位相および振幅の指令値を算出する。送電制御信号７６が、素子モジュールごとの位相および振幅の指令値である。各２段モジュール２６の素子アンテナ２７が位相を調整された電波を放射することで、放射方向に放射される電波を強めることができる。また、各素子アンテナ２７が放射する電波の振幅を調整することで、ビーム形状をより望ましいものにできる。これらにより、送電装置１Ａが放射方向に高効率に送電することが可能となる。

ステップＳ３０で、各送電装置１Ａの初段モジュール２４および各２段モジュール２６が送電制御信号７６にしたがって位相および振幅を調整した送信信号を生成し、それぞれ対応する素子アンテナ２７から送電電波２として放射する。

ステップＳ２６〜Ｓ３０と並行して、ステップＳ３１で、ドローン３Ａが有する受電アンテナ３４で送電電波２を受信し、整流器３５および整流側コンバータ３６が整流および変換した直流電力を蓄電ユニット１９に蓄電する。

Ｓ２６〜Ｓ３０ならびにＳ３１は、決められた周期で周期的に実行する。Ｓ３０およびＳ３１の実行後は、Ｓ２６およびＳ３１の前に戻る。１周期の長さは、想定する最大の移動速度でドローン３が移動する場合でも、前回に計算した到来方向と現在の到来方向との差が許容できる範囲内になるように決める。

ドローン３Ａからパイロット信号３１を送信し、パイロット信号３１が到来する方向に送電装置１Ａが送電電波２を放射するので、ドローン３Ａの受電アンテナ３４が効率よく送電電波２を受電することができる。

図９に示すＳ３０で放射させる送電電波２のビーム形状が、想定したビーム形状に実際になっているかどうかを検証することができる。そのために、各素子アンテナ２７に対する位相指令値および振幅指令値を固定した状態で放射する電波ビームのビーム形状を、例えば図１および図２に示す電波測定システムを使用して計測できる。その場合には、実施の形態２に係る無線送電装置による空中移動体への送電システムは、空中移動体を用いた電波測定システムでもあることになる。

電波測定システムとしては、ドローン３Ａを使用する替わりに、送電装置１Ａの上空の決められた位置にモニタアンテナを固定してもよい。ただし、モニタアンテナを固定するための構造部材で電波が反射や遮蔽されるので、測定される電波の位相や振幅は精度が悪くなる可能性がある。

送電電波の制御および空中移動体への電波を用いた無線送電を屋外など電波環境の良い場所で行うことにより、地面の反射などのマルチパスの影響を受けなくなる。そのため、電波による無線送電を従来よりも高精度に実施することができる。また、種々のデータやコマンドなどの送信は、ドローンを制御するために用意されている移動体通信系を用いるので、無線送電を実施する上で必要な通信のために、ドローンに新たなハードウエアを追加することは不要である。このため、搭載装置を軽量にでき、かつ低消費電力で、ドローンへの無線送電が可能となる。

フェーズドアレイアンテナではなく、指向方向を機械的に変更する送電アンテナを有する無線送電装置を使用して空中移動体に送電するようにしてもよい。空中移動体が存在する方向をパイロット信号以外の手段で無線送電装置に伝えるようにしてもよい。放射する電波で電力を送電する指向方向を変更できる送電アンテナと、送電対象である空中移動体が存在する方向である放射方向を決める放射方向決定部と、放射方向に送電アンテナの指向方向を向ける指向方向変更部と、送電アンテナから電波として送信される送信信号を生成する送信信号生成部とを備える無線送電装置であれば、どのようなものでも、従来よりも高精度に空中移動体が存在する方向に電波を放射でき、無線送電の効率を従来よりも改善できる。なお、放射方向決定部である到来方向検出装置３８は、送電装置１Ａとは離れた位置に設置される場合があるが、無線送電装置に含む。

ドローンなどの空中移動体を使用してＲＥＶ法を実行することで、実際に空中移動体に送電する状況でＲＥＶ法を実行できる。そのため、ＲＥＶ法を精度よく実行でき、空中移動体への送電時に空中移動体が存在する方向に精度よく電波を放射できる。つまり、従来よりも高精度に空中移動体が存在する方向に電波を放射でき、無線送電の効率を従来よりも改善できる。

電波測定システムとして使用しない場合は、測定系制御装置２１Ａは不要である。測定系制御装置２１Ａが存在しない場合は、ＲＥＶ法を実行するためのコマンドと測定した受信電力のデータは、送電制御装置２２Ａが移動体指令装置４Ａおよび移動体通信系１２介して送受信する。なお、図７には、ＲＥＶ法を実行するためのコマンドと測定した受信電力のデータの流れは図示していない。

ＲＥＶ法を実行する際に、ドローンに搭載した計測用アンテナではなく、地上に固定されたアンテナを利用してもよい。その場合には、ドローンは、ＲＥＶ法を実行するための機能を持たない。ドローンが計測用アンテナを備えないで、検波器を受電アンテナに接続して、受電アンテナが受信する電波の電界強度を検波器が計測してもよい。つまり、受電アンテナを計測用アンテナとしても使用してよい。
以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。

実施の形態３．
実施の形態３は、パイロット信号の替わりに空中移動体の位置データを送電装置に送信することで、送電装置が空中移動体へ向けて送電するように実施の形態２を変更した場合である。この発明の実施の形態３に係る無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、この発明の実施の形態３に係る無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成図である。

図１０に関して、実施の形態２の場合の図７とは異なる点を説明する。送電装置１は、実施の形態１の場合と同じである。送電装置１は、パイロット受信アンテナ３７を有しない。また、到来方向検出装置３８も存在しない。ドローン３Ｂは、パイロット送信機３１およびパイロット送信アンテナ３３を有しない。ドローン３Ｂは、測位センサ１８を有する。測位センサ１８が計測する位置データ７４は、機上制御装置１６Ｂ、飛行制御装置５Ｂ、移動体通信系１２および移動体指令装置４４を経由して測定系制御装置２１Ｂに送信される。位置データ７４は、データ記憶装置１７Ｂにも記憶される。なお、測位センサ１８は、飛行制御装置５Ｂと接続してもよい。その場合には、位置データ７４は、飛行制御装置５Ｂ、移動体通信系１２、移動体指令装置４Ｂおよび測定系制御装置２１Ｂを経由して送電制御装置２２Ｂに送信される。

測位センサ１８は、ドローン３Ｂの位置である移動体位置を測定する位置測定部である。送電制御装置２２Ｂは、位置データ７４から送電装置１を基準としてドローン３Ｂの位置に向かう方向を放射方向として決める放射方向決定部である。決めた放射方向は、放射方向データ８１として記憶する。送電制御装置２２Ｂは、放射方向データ８１で表される放射方向に向けて送電できるように初段モジュール２４および２段モジュール２６のそれぞれに対する位相および振幅の指令値（送電制御信号７６）を決める。送電制御装置２２Ｂは、送電制御信号７６により送電装置１を制御する。なお、送電制御装置の少なくとも一部と送電装置とをあわせたものを、無線送電装置と考えることもできる。

動作を説明する。図１１は、実施の形態３に係る無線送電装置による空中移動体への送電システムでの送電手順を説明するフローチャートである。図１１について、実施の形態２の場合の図９とは異なる点を説明する。ステップＳ２６〜Ｓ２８を、ステップＳ３２〜Ｓ３５に変更している。ステップＳ３２で、測位センサ１８でドローン３Ｂが存在する３次元位置を測位する。ステップＳ３３で、測位した位置データ７４を移動体通信系１２により移動体指令装置４Ｂに向けて送信する。ステップＳ３４で、送電制御装置２２Ｂは、測定系制御装置２１Ｂを介して移動体指令装置４Ｂから位置データ７４を取得する。ステップＳ３５で、送電制御装置２２Ｂは、位置データ７４を送電装置１に対する相対位置に変換し、放射方向を求める。また、ステップＳ２９Ａで、送電制御装置２２Ｂが各送電装置１Ａの初段モジュール２４および２段モジュール２６のそれぞれに対する位相および振幅を指令する送電制御信号７６を算出する。送電制御信号７６は、ドローン３Ｂの送電装置１に対する相対位置から決まる放射方向に向けて送電装置１が送電電波２を送信できるように算出される。

ドローン３Ｂの位置データ７４をドローン３Ｂから送信して、位置データ７４から求めたドローン３Ｂが存在する方向に送電電波２を放射する。そのため、ドローン３Ｂの受電アンテナ３４が効率よく送電電波２を受電することができる。なお、ドローン３Ｂが存在する方向に送電電波２を放射することに加えて、ドローン３Ｂが存在する位置で送電電波２のビーム幅が小さくなるような送電制御信号７６を生成するようにしてもよい。
以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。

実施の形態４．
実施の形態４は、空中移動体であるドローンが無線送電装置から電力の供給を受けながら、無線送電装置が放射する送電電波のビーム形状データを計測する場合である。ドローンが無線送電装置から電力の供給を受けるので、実施の形態４に係る空中移動体を用いた電波測定システムは、無線送電装置による空中移動体への送電システムでもある。この発明の実施の形態４に係る空中移動体を用いた電波測定システムかつ無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成について、図１２を用いて説明する。図１２は、この発明の実施の形態４に係る空中移動体を用いた電波測定システムかつ無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成図である。

図１２について、実施の形態１の場合の図２とは異なる点を説明する。ドローン３Ｃは、実施の形態２と同様な受電アンテナ３４およびドローン電源システム８Ａを有するように、実施の形態１のドローン３を変更している。送電装置１は、実施の形態１でのものと同じである。

動作を説明する。図１３は、実施の形態４に係る空中移動体を用いた電波測定システムかつ無線送電装置による空中移動体への送電システムでの電波の放射パターンを測定する手順を説明するフローチャートである。図１３について、実施の形態１の場合の図４とは異なる点を説明する。Ｓ０４〜Ｓ０７と並行して、ステップＳ１３およびＳ１４で、受電アンテナ３４で送電電波２を受信し、受信した送電電波２を整流器３５が整流した電力を蓄電ユニット１９に蓄電する。Ｓ１３は、Ｓ０４およびＳ０５と並行して動作する。Ｓ１４は、Ｓ０７と並行して動作する。

送電装置１のビーム形状を計測するので、実施の形態２などとは異なり、送電制御装置２２Ａはドローン３Ｃが存在する位置に応じてビームの方向を変更することはしない。

ドローン３Ｃが送電電波２により電力の供給を受けながら、送電装置１の上空で移動または静止する。そのため、ビーム形状７１を計測するのに実施の形態１の場合よりも長い時間を要する場合でも、ドローン３Ｃを使用して送電電波２のビーム形状データ７１を計測することができる。

実施の形態５．
実施の形態５は、移動体通信系に加えて、機上制御装置と測定系制御装置との間で、電波測定に関する計測コマンドと検波データを通信する通信系を有するように、実施の形態１を変更した場合である。この発明の実施の形態５に係る空中移動体を用いた電波測定システムの構成について、図１４を用いて説明する。図１４は、この発明の実施の形態５に係る空中移動体を用いた電波測定システムの構成図である。なお、実施の形態４あるいは他の構成の電波測定システムかつ空中移動体への送電システムを変更してもよい。

実施の形態５のドローン３Ｄには、送電通信系３９と、パイロット通信系４０とを追加している。測定系制御装置２１Ｃは、送電通信系３９によりドローン３Ｄに搭載された搭載装置１３Ｄに計測コマンド７２を送信する。搭載装置１３Ｄは、パイロット通信系４０により検波データ７３を測定系制御装置２１Ｃに送信する。測位センサ１８は、機上制御装置１６Ｄに位置データ７４を送る。データ記憶装置１７Ｄは、送電通信系３９およびパイロット通信系４０を使用しているかどうかを示すデータを記憶する。

送電通信系３９は、送電装置１Ｂが有する初段モジュール２４Ａ、２段モジュール２６Ａおよび素子アンテナ２７と、ドローン３Ｄに搭載されたモニタアンテナ１４および検波器１５Ａを有して構成される。初段モジュール２４Ａおよび２段モジュール２６Ａに、計測コマンド７２を表現する０または１の信号列に応じて、送電電波２Ａを放射する／しないを切り替えるパルス変調スイッチ４１を追加している。つまり、送電電波２Ａを検波データ７３によりパルス変調することで、計測コマンド７２を送信する。検波器１５Ａは、受信する送電電波２Ａの受信または非受信から計測コマンド７２を復調する。なお、パルス変調ではなく、振幅変調、あるいはＢＰＳＫ(Binary Phase Shift Keying)などの位相変調などにより計測コマンド７２を変調および復調してもよい。

測定系制御装置２１Ｃには、通信系切替スイッチ４２を追加している。通信系切替スイッチ４２は、移動体指令装置４Ｃと送電制御装置２２Ｃのどちらに計測コマンド７２を送信するかを切り替える。つまり、通信系切替スイッチ４２は、移動体通信系１２および送電通信系３９のどちらを使用するかを切り替える。なお、ソフトウェアで計測コマンド７２の送信先を切替えてもよい。

パイロット通信系４０は、パイロット送信機３２、パイロット送信アンテナ３３、パルス変調スイッチ４３、パイロット受信アンテナ３７、および検波器４４を有して構成される。パルス変調スイッチ４３は、パイロット送信機３２とパイロット送信アンテナ３３の間に設けられる。検波器４４は、パイロット受信アンテナ３７が受信するパイロット信号３１を検波する。パイロット送信機３２、パイロット送信アンテナ３３およびパルス変調スイッチ４３は、ドローン３Ｄに搭載される。パイロット受信アンテナ３７および検波器４４は、地上に設置される。

パルス変調スイッチ４３は、機上制御装置１６Ｄから供給される検波データ７３を表現する０または１の信号列に応じて、パイロット信号３１を放射する／しないを切り替える。つまり、パイロット信号３１を検波データ７３によりパルス変調することで、検波データ７３を送信する。パイロット受信アンテナ３７が受信するパイロット信号３１は２分されて、到来方向検出装置３８および検波器４４に入力される。検波器４４は、パイロット信号３１の受信または非受信から検波データ７３を復調する。なお、パルス変調ではなく、振幅変調、あるいはＢＰＳＫなどの位相変調などにより検波データ７３を変調および復調してもよい。

機上制御装置１６Ｄは、検波データ７３を飛行制御装置５に送信するか、パルス変調スイッチ４３を検波データ７３で制御するかを、ソフトウェアで切り替える。そうすることで、検波データ７３をパイロット通信系４０および移動体通信系１２のどちらで送信するかを切り替える。

動作を説明する。図１５は、実施の形態５に係る空中移動体を用いた電波測定システムでの電波の放射パターンを測定する手順を説明するフローチャートである。図１５について、実施の形態１の場合の図５とは異なる点を説明する。ここで、計測コマンド７２を通信する通信系を、コマンド通信系と呼ぶ。計測データ７７を通信する通信系を、データ通信系と呼ぶ。Ｓ０３とＳ０４Ａの間に、ステップＳ１５を追加している。Ｓ１５では、コマンド通信系を移動体通信系１２または送電通信系３９のどちらかに決める。Ｓ０４Ａでは、Ｓ１５で決められたコマンド通信系で通信された計測コマンド７２に従い、モニタアンテナ１４が受信する送電電波２の振幅と位相を含む検波データ７３を測定する。同時にドローン３Ｄの位置を測定する。Ｓ０４ＡとＳ０５Ｂの間に、ステップＳ１６を追加している。Ｓ１６では、データ通信系を移動体通信系１２またはパイロット通信系４０のどちらかに決める。ステップＳ０５Ｂで、測定した位置付検波データ７０は、Ｓ１６で決められたデータ通信系を介して、機上制御装置１６Ｄから測定系制御装置２１Ｃに送られる。

計測コマンド７２を通信するタイミングごとではなく、数回ごとにコマンド通信系を決めるようにしてもよい。飛行コマンド７５を送電通信系３９で通信するようにしてもよい。計測データ７７を通信するタイミングごとではなく、数回ごとにデータ通信系を決めるようにしてもよい。移動体通信系１２での通信を試みて、移動体通信系１２では通信できない場合に、コマンド通信系に送電通信系３９を決めたり、データ通信系にパイロット通信系４０を決めたりしてもよい。

送電通信系３９とパイロット通信系４０を設けることで、移動体通信系１２の通信負荷が大きく通信が遅い場合などにも、必要なデータを必要な速度で通信できる。あるいは、移動体通信系１２が故障した場合などに、送電通信系３９とパイロット通信系４０を使用することができる。したがって、送電通信系３９とパイロット通信系４０は、電波測定システムの安定運用に大きく寄与する。また、送電電波２やパイロット信号３１に、パルス変調(送信のＯＮ／ＯＦＦ制御)、振幅変調、位相変調などの簡素な装置により変調して通信できる。そのため、大きなハードウエアを追加することなしに、また、移動体通信系１２の負荷および消費電力を増やすことなく、送電電波の制御やデータの授受を実現できる。

実施の形態６．
実施の形態６は、計測コマンドや検波データを機上制御装置と測定系制御装置の間で通信するための計測通信系を備えるように、電波測定システムでもある場合の実施の形態２を変更した場合である。実施の形態６では、計測コマンドや検波データを機上制御装置と測定系制御装置の間で通信するために、移動体通信系を利用しない。実施の形態６は、空中移動体を用いた電波測定システムかつ無線送電装置による空中移動体への送電システムの実施の形態である。実施の形態６に係る空中移動体を用いた電波測定システムかつ無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成について、図１６を用いて説明する。図１６は、この発明の実施の形態６に係る空中移動体を用いた電波測定システムかつ無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成図である。

図１６に示す構成では、図７に示す実施の形態２の場合の構成に、計測通信系４５を追加している。計測通信系４５は、ドローン３Ｅに搭載された機上通信機４６および機上通信アンテナ４７、地上に設置された地上通信アンテナ４８および地上通信機４９を有して構成される。測定系制御装置２１Ｄからの計測コマンド７２は、計測通信系４５によりドローン３Ｅに送信される。ドローン３Ｅが計測した測定データ７７は、計測通信系４５により測定系制御装置２１Ｄに送信される。計測通信系４５は、移動体通信系１２とは異なる通信系である。データ記憶装置１７Ｅは、測定データ７７などの電波測定システムとして必要なデータも記憶する点で、実施の形態２の場合のデータ記憶装置１７Ａとは異なる。

機上制御装置１６Ｅと飛行制御装置５Ｃとの間では、通信できないようにしている。搭載装置１３Ｅはドローン３Ｅに搭載されているだけで、ドローン３Ｅが有する機器との間でのインターフェースが存在しないようにしている。また、位置データ７４を送電システムで利用できるように、測位センサ１８は機上制御装置１６Ｅと接続している。

移動体指令装置４Ｄは、移動体通信系１２により飛行コマンド７５を送信してドローン３Ｅの飛行を制御する。

ドローン電源システム８Ｂを、図１７を参照して説明する。図１７は、実施の形態６に係る空中移動体を用いた電波測定システムかつ無線送電装置により送電される電力を受電する空中移動体の電源系統の構成を説明するブロック図である。図１７と図８との違いは、計測系電源線５０を追加している点である。計測系電源線５０は、ドローン３Ｅに搭載された蓄電ユニット１９に接続される。整流側コンバータ３６、負荷側コンバータ２０ｂおよび負荷側コンバータ２０ｃは、計測系電源線５０を介して蓄電ユニット１９に接続する。計測系電源線５０を設けることで、ドローン３Ｅと搭載装置１３Ｅとの間の電源系統の接続箇所を、計測系電源線５０の１箇所だけにできる。なお、整流側コンバータを備えなくてもよく、負荷側コンバータの構成を変更してもよい。

実施の形態６の空中移動体への送電システムは、実施の形態２の場合と同様に動作する。実施の形態２の送電システムとは異なる点は、移動体通信系１２ではなく、計測通信系４５を使用して、ＲＥＶ法を実行するためのコマンドやデータを通信する点である。また、電波測定システムとしての実施の形態６は、実施の形態１の電波測定システムと同様に動作する。計測通信系４５を使用する点が、実施の形態６は実施の形態１とは異なる。

搭載装置とドローンの間でデータを送受する必要がないので、一般に市販されているドローンを改造することなしに電波計測システムを構成できる。搭載装置を別のドローンに搭載して使用することが容易になる。移動体通信系を電波計測のためのコマンドや計測したデータを通信するために使用しないようにすることは、他の実施の形態にも同様に適用できる。

実施の形態７．
実施の形態７は、実施の形態５の場合と同様な送電通信系とパイロット通信系を追加するように、実施の形態６を変更した場合である。実施の形態７に係る空中移動体を用いた電波測定システムかつ無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成について、図１８を用いて説明する。図１８は、この発明の実施の形態７に係る空中移動体を用いた電波測定システムかつ無線送電装置による空中移動体への送電システムの構成図である。

図１８は、実施の形態５の場合の図１４と、ほぼ同様な構成を有する。図１８に示す構成が図１４に示す構成とは異なる点は、以下である。測定系制御装置２１Ｅに設ける通信系切替スイッチ４２Ａが、地上通信機４９と送電制御装置２２Ｄのどちらに計測コマンド７２を送信するかを切り替える。つまり、通信系切替スイッチ４２Ａは、計測通信系４５および送電通信系３９のどちらを使用するかを切り替える。また、機上制御装置１６Ｆは、検波データ７３を機上通信機４６に送信するか、パルス変調スイッチ４３を検波データ７３で制御するかを、ソフトウェアで切り替える。そうすることで、機上制御装置１６Ｆは、検波データ７３を計測通信系４５およびパイロット通信系４０のどちらで送信するかを切り替える。

実施の形態７の空中移動体への送電システムは、実施の形態２の場合と同様に動作する。移動体通信系１２ではなく、計測通信系４５を使用する点が実施の形態２の場合とは異なる。また、電波測定システムとしての実施の形態７は、実施の形態５の電波測定システムと同様に動作する。計測通信系４５を使用する点が、実施の形態７は実施の形態５とは異なる。

搭載装置とドローンの間でデータを送受する必要がないので、一般に市販されているドローンを改造することなしに電波計測システムかつ／または空中移動体への送電システムを構成できる。また、送電通信系３９とパイロット通信系４０を、計測通信系４５が故障した場合などに使用することができる。したがって、送電通信系３９とパイロット通信系４０は、電波測定システムかつ／または送電システムの安定運用に大きく寄与する。

移動体通信系を、機上制御装置と測定系制御装置との間の通信に利用できるようにしてもよい。その場合には、３重の通信系が、機上制御装置と測定系制御装置との間に存在するので、通信系の信頼性がより向上する。実施の形態６の場合でも同様である。

実施の形態８．
実施の形態８は、空中移動体の位置を地上に設置した測位装置で測位するように、実施の形態５を変更した場合である。実施の形態８に係る空中移動体を用いた電波測定システムの構成について、図１９と図２０を用いて説明する。図１９は、この発明の実施の形態８に係る空中移動体を用いた電波測定システムの概念図である。図２０は、実施の形態８に係る空中移動体を用いた電波測定システムの構成図である。他の実施の形態も、空中移動体の位置を地上から測定するように変更できる。

図２０について、実施の形態５の場合の図１４とは異なる点を説明する。ドローン３Ｇは、測位センサ１８を有しない。送電装置１Ｂの近傍に、ドローン３Ｇの位置を測定するレーザ測位装置５１を設置している。レーザ測位装置５１が測位したドローン３Ｇの位置を表す位置データ７４は、電波測定中は決められた周期で、測定系制御装置２１Ｆに入力される。データ記憶装置１７Ｇは、位置データ７４を記憶せず、送電通信系３９およびパイロット通信系４０を使用しているかどうかを示すデータを記憶する。

レーザ測位装置５１はレーザ光８２を各方向に送信し、測位対象であるドローン３Ｇで反射された反射レーザ光８３を受信する。反射レーザ光８３の方向からドローン３Ｇが存在する方向を決め、レーザ光８２を放射してから反射レーザ光８３を受信するまでの時間からドローン３Ｇまでの距離を決める。計測した方向と距離を変換して、ドローン３Ｇの３次元位置を決める。なお、ドローン３Ｇの位置を測定する測位装置としては、レーザ光ではなく電波を使用してもよい。

動作を説明する。電波測定システムの場合の動作を、図２１を参照して説明する。図２１は、実施の形態８に係る空中移動体を用いた電波測定システムでの電波の放射パターンを測定する手順を説明するフローチャートである。

図２１について、実施の形態５の場合の図１５とは異なる点を説明する。ステップＳ０４Ｂで、ドローン３Ｇでは、位置データ７４を測定しない。ステップＳ０５Ｃで、測定した検波データ７３を含む測定データ７７は、機上制御装置１６Ｇから飛行制御装置５に送られ、さらに移動体通信系１２および移動体指令装置４Ｃを介して、測定系制御装置２１Ｆに送られる。ステップＳ１７で、測定系制御装置２１Ｆが、受信した測定データ７７に含まれる検波データ７３と最新の位置データ７４とを組合せて位置付検波データ７０を作成する。

実施の形態５の場合と同様に、電波測定システムでは、送電装置１から送電電波２を上空に向けて放射し、空中移動体であるドローン３Ｇを使用して送電装置１の上空での送電電波２のビーム形状データ７１を測定する。そうすることで、反射の影響を少なくして送電装置１の送電電波２のビーム形状データ７１を精度よく測定できる。

ドローン３Ｇは測位センサを有しないので、ドローン３Ｇは自分の位置を計測するために電力を使用しなくてもよい。また、ドローン３Ｇから位置データ７４を送信しないので、位置データ７４を送信するのに要していた電力を消費しなくてもよくなる。そのため、実施の形態５の場合と比較して、より長い時間を飛行できる。

本発明はその発明の精神の範囲内において各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の変形や省略が可能である。

１、１Ａ 送電装置（無線送電装置）、
２ 送電電波（電波）、
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ ドローン（空中移動体）、
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ 移動体指令装置、
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 飛行制御装置、
６ 機上通信アンテナ、
７ 無線モデム、
８、８Ａ、８Ｂ ドローン電源システム
９ 駆動モータ、
１０ 無線モデム、
１１ 通信アンテナ、
１２ 移動体通信系、
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅ、１３Ｆ、１３Ｇ 搭載装置、
１４ モニタアンテナ（計測用アンテナ）、
１５、１５Ａ 検波器（電波計測部）、
１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆ、１６Ｇ 機上制御装置、
１７、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｄ、１７Ｅ、１７Ｇ データ記憶装置（記憶装置）、
１８ 測位センサ（位置測定部）、
１９ 蓄電ユニット、
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 負荷側コンバータ
２１、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ、２１Ｇ 測定系制御装置（放射電波データ生成部）
２１Ａ、２１Ｂ 測定系制御装置
２２ 送電制御装置、
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ 送電制御装置（放射方向決定部、指向方向変更部）、
２３ 送信信号生成部、
２４、２４Ａ 初段モジュール（素子モジュール）、
２５ 分配回路
２６、２６Ａ ２段モジュール（素子モジュール）、
２７ 素子アンテナ、
２８ 移相器、
２９ 増幅器、
３０ フェーズドアレイアンテナ（被計測アンテナ、送電アンテナ）
３１ パイロット信号、
３２ パイロット送信機（方向信号送信部、方向信号送受信部）、
３３ パイロット送信アンテナ（方向信号送信部、方向信号送受信部）、
３４ 受電アンテナ、
３５ 整流器、
３６ 整流側コンバータ、
３７ パイロット受信アンテナ（方向信号受信部、方向信号送受信部）、
３８ 到来方向検出装置（放射方向決定部）、
３９ 送電通信系、
４０ パイロット通信系、
４１ パルス変調スイッチ、
４２、４２Ａ 通信系切替スイッチ、
４３ パルス変調スイッチ、
４４ 検波器、
４５ 計測通信系、
４６ 機上通信機、
４７ 機上通信アンテナ、
４８ 地上通信アンテナ
４９ 地上通信機、
５０ 計測系電源線、
５１ レーザ測位装置、

７０、７０Ａ 位置付検波データ（電波測定データ）
７１、７１Ａ ビーム形状データ（放射電波データ）、
７２ 計測コマンド、
７３ 検波データ（受信電波データ）、
７４ 位置データ（計測点データ）、
７５ 飛行コマンド、
７６ 送電制御信号、
７７ 測定データ、
７８ 相対位置データ（電波源相対位置データ）、
７９ パイロット送信機制御コマンド
８０ 到来方向データ、
８１ 放射方向データ、
８２ レーザ光、
８３ 反射レーザ光。

この発明は、アンテナが放射する電波を計測する電波測定システムに関する。

この発明に係る電波測定システムは、上空方向に電波を放射している被計測アンテナの上空で移動または静止する空中移動体と、空中移動体の位置を測定する位置測定部とを備える。空中移動体には、電波を受信する計測用アンテナと、計測用アンテナが受信する電波の振幅および位相の何れか少なくとも一つを含む受信電波データを計測する電波計測部とが搭載されている。さらに、受信電波データと、受信電波データを計測した時点での空中移動体の位置である計測点データを被計測アンテナに対する相対的な位置として表した電波源相対位置データとを含む放射電波データを生成する放射電波データ生成部と、被計測アンテナから見た空中移動体の存在する方向である存在方向を知らせるために空中移動体が発する方向信号を送信および受信する方向信号送受信部と、地上に設置されて、放射電波データ生成部を有する測定系制御装置とを備え、空中移動体を制御するための移動体通信系または方向信号送受信部のどちらかを選択して、空中移動体から受信電波データを測定系制御装置に送信する。

Claims (20)

1. 上空方向に電波を放射している被計測アンテナの上空で移動または静止する空中移動体と、
   前記空中移動体の位置を測定する位置測定部と、
   前記空中移動体に搭載されて、前記電波を受信する計測用アンテナと、
   前記空中移動体に搭載されて、前記計測用アンテナが受信する前記電波の振幅および位相の何れか少なくとも一つを含む受信電波データを計測する電波計測部と、
   前記受信電波データと、前記受信電波データを計測した時点での前記空中移動体の位置である計測点データを前記被計測アンテナに対する相対的な位置として表した電波源相対位置データとを含む放射電波データを生成する放射電波データ生成部とを備えた電波測定システム。
2. 前記被計測アンテナから見た前記空中移動体の存在する方向である存在方向を知らせるために前記空中移動体が発する方向信号を送信および受信する方向信号送受信部をさらに備えた、請求項１に記載の電波測定システム。
3. 地上に設置されて、前記放射電波データ生成部を有する測定系制御装置をさらに備え、
   前記方向信号送受信部により前記空中移動体から前記受信電波データを前記測定系制御装置に送信する、請求項２に記載の電波測定システム。
4. 前記空中移動体を制御するための移動体通信系または前記方向信号送受信部のどちらかを選択して、前記空中移動体から前記受信電波データを前記測定系制御装置に送信する、請求項３に記載の電波測定システム。
5. 前記空中移動体を制御するための移動体通信系とは異なる通信系である計測通信系をさらに備え、
   前記方向信号送受信部および前記計測通信系の何れかを選択して、前記空中移動体から前記受信電波データを前記測定系制御装置に送信する、請求項３に記載の電波測定システム。
6. 地上に設置されて、前記放射電波データ生成部を有する測定系制御装置と、
   前記空中移動体を制御するための移動体通信系とは異なる通信系である計測通信系とをさらに備え、
   前記計測通信系により、前記空中移動体から前記受信電波データを前記測定系制御装置に送信する、請求項１または請求項２に記載の電波測定システム。
7. 前記空中移動体を制御するための移動体通信系とは異なる通信系である計測通信系をさらに備え、
   前記方向信号送受信部、前記移動体通信系および前記計測通信系の何れかを選択して、前記空中移動体から前記受信電波データを前記測定系制御装置に送信する、請求項３に記載の電波測定システム。
8. 前記被計測アンテナが放射する前記電波により、前記電波計測部を制御する信号を送信する、請求項１から請求項７までの何れか１項に記載の電波測定システム。
9. 地上に設置されて、前記放射電波データ生成部を有する測定系制御装置をさらに備え、
   前記空中移動体を制御するための移動体通信系により、前記空中移動体から前記受信電波データを前記測定系制御装置に送信する、請求項１に記載の電波測定システム。
10. 前記被計測アンテナが、放射する前記電波で電力を送電する送電アンテナであり、
    前記電波を受信する前記空中移動体に搭載された受電アンテナをさらに備え、
    前記受電アンテナが受信した前記電波から得られる電力を、前記空中移動体および前記電波計測部の何れか少なくと一つが利用する、請求項１から請求項９までの何れか１項に記載の電波測定システム。
11. 前記計測点データまたは前記電波源相対位置データと、前記受信電波データとを対応付けた電波測定データを記憶する、前記空中移動体に搭載された記憶装置をさらに備えた請求項１から請求項１０までの何れか１項に記載の電波測定システム。
12. 前記位置測定部が前記空中移動体に搭載されている、請求項１から請求項１１までの何れか１項に記載の電波測定システム。
13. 前記位置測定部が地上に設置されている、請求項１から請求項１１までの何れか１項に記載の電波測定システム。
14. 放射する電波で電力を送電する指向方向を変更できる送電アンテナと、
    送電対象である空中移動体が存在する方向である放射方向を決める放射方向決定部と、
    前記放射方向に前記送電アンテナの前記指向方向を向ける指向方向変更部と、
    前記送電アンテナから前記電波として送信される送信信号を生成する送信信号生成部とを備えた無線送電装置。
15. 前記送電アンテナが複数の素子アンテナを有するフェーズドアレイアンテナであり、
    前記指向方向変更部が、前記素子アンテナが放射する前記電波の位相を制御するものである、請求項１４に記載の無線送電装置。
16. 複数の前記素子アンテナが複数のグループに分けられており、
    前記指向方向変更部が、グループごとにグループに属する前記素子アンテナが放射する前記電波の放射方向を一律に変更できる、請求項１５に記載の無線送電装置。
17. 前記空中移動体が送信するパイロット信号を受信するパイロット受信アンテナをさらに備え、
    前記放射方向決定部が、前記パイロット受信アンテナが受信する前記パイロット信号から前記パイロット信号が到来する方向を前記放射方向として決める、請求項１４から請求項１６の何れか１項に記載の無線送電装置。
18. 前記空中移動体の位置である移動体位置を測定する位置測定部をさらに備え、
    前記放射方向決定部が、前記移動体位置に向かう方向を前記放射方向として決める、請求項１４から請求項１６の何れか１項に記載の無線送電装置。
19. 前記位置測定部が前記空中移動体に搭載されている、請求項１４から請求項１８までの何れか１項に記載の無線送電装置。
20. 前記位置測定部が地上に設置されている、請求項１４から請求項１８までの何れか１項に記載の無線送電装置。

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