特許 7652569 ドローンネットワーク及び操作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-18

(45)【発行日】2025-03-27

(54)【発明の名称】ドローンネットワーク及び操作方法

(51)【国際特許分類】

   H04W 52/08 20090101AFI20250319BHJP

   H04W 4/40 20180101ALI20250319BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20250319BHJP

   H04W 52/46 20090101ALI20250319BHJP

   H04W 84/18 20090101ALI20250319BHJP

【ＦＩ】

H04W52/08

H04W4/40

B64C39/02

H04W52/46

H04W84/18

【請求項の数】 13

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021001233

(22)【出願日】2021-01-07

(65)【公開番号】P2021119656

(43)【公開日】2021-08-12

【審査請求日】2023-12-21

(31)【優先権主張番号】16/745,438

(32)【優先日】2020-01-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100103078

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(74)【代理人】

【識別番号】100130650

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 泰光

(74)【代理人】

【識別番号】100168099

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 伸太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(74)【代理人】

【識別番号】100200609

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 智和

(74)【代理人】

【識別番号】100217467

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴崎 一磨

(72)【発明者】

【氏名】ネーサン ディー．ヒラー

【審査官】▲高▼木 裕子

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０１３０９０９７（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１９５０４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０５０７２６７６（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１９３７８１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／２４ － ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００ － ９９／００

Ｂ６４Ｃ ３９／０２

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１－４

ＳＡ ＷＧ１－４

ＣＴ ＷＧ１、４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１受信機、第１送信機、及び第１プロセッサを含む第１ドローンと、
前記第１ドローンから離間して配置可能であって、第２受信機、第２送信機、及び第２プロセッサを含む第２ドローンと、を含み、前記第１送信機は、前記第２ドローンへ向かって、前記第２受信機が受信するための信号を出力するよう構成されており、前記第２プロセッサは、前記信号を前記第２ドローンで処理するために必要な最低信号電力を特定するよう構成されており、前記第２送信機は、前記第１ドローンへ向かって、前記第１受信機が受信するためのリターン信号を出力するよう構成されており、前記リターン信号は、前記第２プロセッサによって特定された最低信号電力データを含み、前記第１プロセッサは、前記最低信号電力データに基づいて、前記第１送信機から前記第２ドローンへ向かって出力される信号の電力を変調するよう構成されており、
前記第１送信機は、フェージング電力レベルを有する信号を出力するよう構成されており、前記第２プロセッサは、前記最低信号電力を特定するために前記フェージング電力レベルを監視するよう構成されている、ドローンネットワーク。

【請求項2】

第１受信機、第１送信機、及び第１プロセッサを含む第１ドローンと、
前記第１ドローンから離間して配置可能であって、第２受信機、第２送信機、及び第２プロセッサを含む第２ドローンと、を含み、前記第１送信機は、前記第２ドローンへ向かって、前記第２受信機が受信するための信号を出力するよう構成されており、前記第２プロセッサは、前記信号を前記第２ドローンで処理するために必要な最低信号電力を特定するよう構成されており、前記第２送信機は、前記第１ドローンへ向かって、前記第１受信機が受信するためのリターン信号を出力するよう構成されており、前記リターン信号は、前記第２プロセッサによって特定された最低信号電力データを含み、前記第１プロセッサは、前記最低信号電力データに基づいて、前記第１送信機から前記第２ドローンへ向かって出力される信号の電力を変調するよう構成されており、
前記第１送信機は、固定電力レベルの信号を出力するよう構成されており、前記第２プロセッサは、前記信号の電力と前記最低信号電力との間の差に基づいて特定された減衰値に基づいて、前記最低信号電力データを生成するよう構成されている、ネットワーク。

【請求項3】

前記第１プロセッサは、前記第２ドローンへ向かって出力する信号の電力を、前記最低信号電力にほぼ等しい電力レベルに変調するよう構成されている、請求項１又は２に記載のネットワーク。

【請求項4】

第１受信機、第１送信機、及び第１プロセッサを含む第１ドローンと、
前記第１ドローンから離間して配置可能であって、第２受信機、第２送信機、及び第２プロセッサを含む第２ドローンと、を含み、前記第１送信機は、前記第２ドローンへ向かって、前記第２受信機が受信するための信号を出力するよう構成されており、前記第２プロセッサは、前記信号を前記第２ドローンで処理するために必要な最低信号電力を特定するよう構成されており、前記第２送信機は、前記第１ドローンへ向かって、前記第１受信機が受信するためのリターン信号を出力するよう構成されており、前記リターン信号は、前記第２プロセッサによって特定された最低信号電力データを含み、前記第１プロセッサは、前記最低信号電力データに基づいて、前記第１送信機から前記第２ドローンへ向かって出力される信号の電力を変調するよう構成されており、
前記第２プロセッサは、前記信号の電力と前記最低信号電力との間の差に基づいて、前記信号に含まれる余剰信号電力を特定するようさらに構成されており、前記第２ドローンは、当該第２ドローン内に前記余剰信号電力を収集及び蓄積するよう構成されたエネルギー収集サブシステムをさらに含む、ネットワーク。

【請求項5】

第１受信機、第１送信機、及び第１プロセッサを含む第１ドローンと、
前記第１ドローンから離間して配置可能であって、第２受信機、第２送信機、及び第２プロセッサを含む第２ドローンと、を含み、前記第１送信機は、前記第２ドローンへ向かって、前記第２受信機が受信するための信号を出力するよう構成されており、前記第２プロセッサは、前記信号を前記第２ドローンで処理するために必要な最低信号電力を特定するよう構成されており、前記第２送信機は、前記第１ドローンへ向かって、前記第１受信機が受信するためのリターン信号を出力するよう構成されており、前記リターン信号は、前記第２プロセッサによって特定された最低信号電力データを含み、前記第１プロセッサは、前記最低信号電力データに基づいて、前記第１送信機から前記第２ドローンへ向かって出力される信号の電力を変調するよう構成されており、
前記第２ドローンと比較して、前記第１ドローンからより短い距離に配置可能な第３ドローンをさらに含み、前記第３ドローンは、
前記第１ドローンによって出力された前記信号を受信するよう構成された第３受信機と、
前記第３ドローンで前記信号を処理するための最低信号電力を特定するとともに、前記信号の電力と前記最低信号電力との間の差に基づいて、前記信号に含まれる余剰信号電力を特定するよう構成された第３プロセッサと、
前記第３ドローン内に前記余剰信号電力を収集及び蓄積するよう構成されたエネルギー収集サブシステムと、を含む、ネットワーク。

【請求項6】

前記第３ドローンは、前記第１ドローンへ向かって、前記第１受信機が受信するためのリターン信号を出力するよう構成された第３送信機をさらに含み、前記リターン信号は、前記第３プロセッサによって特定された最低信号電力データを含み、前記第１プロセッサは、前記リターン信号に含まれた前記最低信号電力データの解析に基づいて、前記第１送信機から前記第２ドローン及び前記第３ドローンへ向かって出力される信号の電力を変調するよう構成されている、請求項５に記載のネットワーク。

【請求項7】

第１受信機、第１送信機、及び第１プロセッサを含む第１ドローンと、
前記第１ドローンから離間して配置可能であって、第２受信機、第２送信機、及び第２プロセッサを含む第２ドローンと、を含み、前記第１送信機は、前記第２ドローンへ向かって、前記第２受信機が受信するための信号を出力するよう構成されており、前記第２プロセッサは、前記信号を前記第２ドローンで処理するために必要な最低信号電力を特定するよう構成されており、前記第２送信機は、前記第１ドローンへ向かって、前記第１受信機が受信するためのリターン信号を出力するよう構成されており、前記リターン信号は、前記第２プロセッサによって特定された最低信号電力データを含み、前記第１プロセッサは、前記最低信号電力データに基づいて、前記第１送信機から前記第２ドローンへ向かって出力される信号の電力を変調するよう構成されており、
前記第１及び第２ドローンの各々は、
信号を受信するよう構成された受信サブシステムと、
前記信号を各ドローンで処理するために必要な最低信号電力を特定するとともに、前記信号の電力と前記最低信号電力との間の差に基づいて、前記信号に含まれる余剰信号電力を特定するよう構成されたプロセッサと、
前記余剰信号電力を収集及び蓄積するよう構成されたエネルギー収集サブシステムと、を含む、ドローンネットワーク。

【請求項8】

各ドローンは、レーザエミッタ及び光変調器を備える送信サブシステムをさらに含み、前記レーザエミッタ及び前記光変調器は、両方とも前記プロセッサにより制御可能であり、前記レーザエミッタは、前記光変調器へ向かって出力を供給するよう構成されており、前記光変調器は、前記出力の電力を選択的に変調して、各ドローンから出力する信号を形成するよう構成されている、請求項７に記載のドローンネットワーク。

【請求項9】

前記プロセッサは、前記信号に余剰信号電力が含まれるか否かを特定するよう構成されるとともに、前記余剰信号電力が特定されると、前記光変調器を使用して、出力される前記信号の電力を変調するよう構成されていること、
前記レーザエミッタは、変調逆反射体を含むこと、及び
前記受信サブシステムと前記送信サブシステムとの間で選択的に出力及び入力をルーティングするよう構成されたサーキュレータを含むこと、のうちの少なくとも１つを実現する、請求項８に記載のドローンネットワーク。

【請求項10】

ドローンネットワークの動作を制御する方法であって、
第１ドローンから第１信号を出力することと、
前記ネットワークにおける第２ドローンにおいて前記第１信号を受信することと、
前記第２ドローンにおいて、前記第１信号を前記第２ドローンで処理するために必要な最低信号電力を特定することと、
前記第２ドローンで特定された最低信号電力データを含むリターン信号を、前記第２ドローンから前記第１ドローンへ出力することと、
前記第１ドローンから前記第２ドローンへ第２信号を出力することと、を含み、前記第２信号の電力は、前記最低信号電力データに基づいて変調され、
前記ネットワークにおいて、前記第２ドローンと比較して前記第１ドローンからより短い距離に配置可能な第３ドローンにおいて前記第１信号を受信することと、
前記第３ドローンにおいて、前記第１ドローンから出力された前記第１信号に含まれる余剰信号電力を蓄積することと、
前記第１ドローン、前記第２ドローン、及び前記第３ドローンを選択的に相対移動させて、前記第３ドローンよりも前記第１ドローンからより短い距離に前記第２ドローンを配置することと、
前記第２ドローンにおいて、前記第１ドローンから出力された前記第１信号に含まれる余剰信号電力を蓄積することと、をさらに含む、方法。

【請求項11】

前記第１ドローン、前記第２ドローン、及び前記第３ドローンはドローン集団を構成しており、前記方法は、前記第１ドローン、前記第２ドローン、及び前記第３ドローンが相対的に移動する際、地球に対して固定された位置に前記ドローン集団を配置することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１ドローン、前記第２ドローン、及び前記第３ドローンはドローン集団を構成しており、前記方法は、前記第１ドローン、前記第２ドローン、及び前記第３ドローンが相対的に移動する際、地球に対して相対的な速度で前記ドローン集団を移動させることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

少なくとも前記第１ドローン及び前記第２ドローンを含む複数のドローンがドローン集団を構成しており、前記方法は、前記ドローン集団の相対的な中心に前記第１ドローンを移動させることをさらに含む、請求項１０～１２のいずれかに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の分野は、概して無人航空ビークルに関し、より具体的には、ドローンネットワークにおけるエネルギーの使用を効率的に管理するシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

通信、配達、及び／又は偵察や監視の任務を実行するために、飛行ドローンなどの無人航空ビークルが使用されている。これらの任務を実行するために、飛行ビークルは、相互接続された少なくとも半自律的な「集団（swarm）」にグループ化される場合がある。この集団は、任務の実行中にドローンの操作及び動作を連携させるために互いに通信可能な複数のビークルを含みうる。各ビークルは、通信機器を装備することができ、集団における１つ以上のビークルは、特定の任務を実行するためのペイロードを装備することができる。また、飛行ビークルは、典型的には、プロペラ推進システムを使用して、飛行を維持するとともに目的地との間を移動する。少なくともいくつかの公知の航空ビークルは、通信、任務の実行、及び推進動作を容易にするために、当該ビークルに搭載されたバッテリから電力を引き出す。公知のネットワークについて幾つかある問題の中でも特に、バッテリが供給する電力には限りがあるため、集団が長時間に亘って任務を実行する能力には限界がある。

【0003】

このセクションは、以下で説明及び／又は請求する本開示の様々な態様に関連しうる技術分野の様々な態様を読み手に紹介することを意図している。この説明は、本開示の様々な態様をより深く理解するための背景情報を読み手に提供するのに役立つものであろう。したがって、これらの記載は上記を考慮して読むべきものであり、先行技術として認める（admissions of prior art）ものではない。

【発明の概要】

【0004】

一態様は、ドローンネットワークである。前記ネットワークは、第１受信機、第１送信機、及び第１プロセッサを含む第１ドローンと、前記第１ドローンから離間して配置可能な第２ドローンと、を含む。前記第２ドローンは、第２受信機、第２送信機、及び第２プロセッサを含む。前記第１送信機は、前記第２ドローンへ向かって、前記第２受信機が受信するための信号を出力するよう構成されており、前記第２プロセッサは、前記信号を前記第２ドローンで処理するために必要な最低信号電力を特定するよう構成されている。前記第２送信機は、前記第１ドローンへ向かって、前記第１受信機が受信するためのリターン信号を出力するよう構成されている。前記リターン信号は、前記第２プロセッサによって特定された最低信号電力データを含み、前記第１プロセッサは、前記最低信号電力データに基づいて、前記第１送信機から前記第２ドローンへ向かって出力される信号の電力を変調するよう構成されている。

【0005】

他の態様はドローンである。前記ドローンは、信号を受信するよう構成された受信サブシステムと、前記信号を前記ドローンで処理するために必要な最低信号電力を特定するよう構成されたプロセッサとを含む。前記プロセッサはまた、前記信号の電力と前記最低信号電力との間の差に基づいて、前記信号に含まれる余剰信号電力を特定するよう構成されている。前記ドローンは、前記余剰信号電力を収集及び蓄積するよう構成されたエネルギー収集サブシステムをさらに含む。

【0006】

さらに他の態様は、ドローンネットワークの動作を制御する方法である。前記方法は、第１ドローンから第１信号を出力することと、前記ネットワークにおける第２ドローンにおいて前記信号を受信することと、前記第２ドローンにおいて、前記信号を前記第２ドローンで処理するために必要な最低信号電力を特定することと、前記第２ドローンで特定された最低信号電力データを含むリターン信号を、前記第２ドローンから前記第１ドローンへ出力することと、前記第１ドローンから前記第２ドローンへ第２信号を出力することと、を含み、前記第２信号の電力は、前記最低信号電力データに基づいて変調される。

【0007】

上述した本開示の態様に関連して説明した特徴には、様々な改変例が存在する。また、上述した本開示の態様にはさらなる特徴を盛り込むことも可能である。これらの改変例及び追加的特徴は個々に存在してもよいし、任意の組み合わせで存在してもよい。例えば、本開示の例示的な実施形態に関連して以下に説明する様々な特徴は、単独で、或いは任意の組み合わせで、上述した本開示の態様のいずれかに盛り込むことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】例示的なドローンネットワークを示す図である。

【図2】図１に示すネットワークにおけるエネルギーの使用を管理する例示的な方法を示すフロー図である。

【図3】図１に示すネットワークにおけるエネルギーの使用を管理する別の方法を示すフロー図である。

【図4】図１に示すネットワークで使用可能なドローンの内部コンポーネントを示す概略図である。

【図5】ドローンネットワークを操作する例示的な方法を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図面全体を通して、対応する参照符号は、対応する部品を示す。

【0010】

以下で説明する例には、ドローン又はドローンネットワークにおけるエネルギーの使用を効率的に管理するためのシステム及び方法が含まれる。本明細書において、「ドローン」なる用語は、自律的又は遠隔操作される無人航空ビークルを指す。ネットワークにおけるドローンは、消費電力が約１０ワットの比較的小型のドローンであってもよいし、ミツバチのようなサイズのドローンであってもよいし、携帯型ドローンであってもよい。ドローンの「集団」が目的地の上空で静止している間、又は目的地との間を移動している間、これらのドローンは通常互いに離間している。例えば、集団の外縁における第１ドローンは、当該集団の反対側の外縁における第２ドローンとは第１距離を空けた位置にあってもよいし、集団において内側に位置する第３ドローンから、より短い第２距離を空けた位置にあってもよい。一例において、ネットワークにおけるドローンは、高いデータレートの相互通信を容易に行うためにレーザ通信システムを使用して、ドローンの動作及び任務を連携させる。本明細書で説明するように、通信動作を実行している間に電力を節約するため、及び、ネットワークにおけるドローン間で送信される信号から得られる余剰電力、又は地上システムから受信する信号から得られる余剰電力を蓄えるため、ドローンの動作を動的に調節可能である。

【0011】

例えば、本明細書で説明するシステム及び方法は、エネルギー効率の良い方法で、ネットワークにおけるドローン間、例えば、第１ドローンから第２、第３、及び／又は次に続くドローンへ容易に信号を送信することができる。一例において、第１ドローンは、少なくとも第２ドローンへ信号を送信する送信サブシステムを有する。第１ドローンはまた、第２ドローンからリターン信号を受信する受信サブシステムを有する。リターン信号には、第１ドローンが、その信号送信電力を、第２ドローンで処理できる程度の最低信号電力に変調できるようにするためのデータが含まれる。したがって、第１ドローンは、第２ドローンとの通信に必要な信号電力を超えない最低信号電力で信号を送信することにより、エネルギー及びバッテリ寿命を節約することができる。しかしながら、第３ドローンは、第１ドローンからより短い第２距離に配置されるため、変調信号は、余剰信号電力を有する状態で当該第３ドローンにおいて受信される。したがって、第３ドローンは、当該第３ドローンにおいて余剰信号電力を収集及び蓄積するためのエネルギー収集サブシステムを含む。複数のドローンは、集団における電力消費負荷及びエネルギー収集ポテンシャルのバランスを取り易くするために、相対的に再配置することができる。したがって、ドローンは、互いに連携して集団の動作性能を高めることができ、また、集団により画定される物理空間内のブロードキャスト領域を維持することにより、データ送信セキュリティを向上させることができる。

【0012】

本明細書において、単数形で記載されている要素又は工程は、特に明示されていない限り、複数の要素又は工程を排除するものではない。さらに、本開示の「例」、「例示的な実施形態」、又は「一実施形態」に言及することは、これらに記載された特徴を同様に含む他の実施形態の存在を排除するものではない。

【0013】

図１は、例示的なドローンネットワーク１００を示す。例示的な実施形態において、ネットワーク１００は、集団１０４を規定する複数のドローン１０２を含む。これらのドローンは、集団１０４の内外で互いに独立して移動したり、連携動作において互いに同期して移動したりすることができる。ドローン１０２は、集団１０４における個々のドローン１０２の動作を容易にし、且つこれらの動作を連携させるために、互いに無線で通信可能に接続されている。さらに、少なくともいくつかのドローン１０２は、集団１０４内で互いに異なる距離で離間していてもよい。例えば、ドローン１０２は、第１ドローン１０６と、第１ドローン１０６から第１距離Ｄ₁を空けて離間した第２ドローン１０８と、第１ドローン１０６及び第２ドローン１０８からより短い第２距離Ｄ₂を空けて離間した第３ドローン１１０と、を含みうる。

【0014】

集団１０４における互いに反対側の外縁に第１ドローン１０６及び第２ドローン１０８を配置することにより、第２ドローン１０８が、集団１０４において第１ドローン１０６から最も離れて配置されたドローン１０２となるようにしてもよい。第１ドローン１０６と第２ドローン１０８との間で効果的に通信が行われるように、これらの間で送信される信号は、閾値電力レベルよりも大きい信号電力を有する。第２ドローン１０８と比較して第１ドローン１０６からの距離がより短い位置におけるドローン１０２もまた、第１ドローン１０６から第２ドローン１０８に送信される信号を意図的又は非意図的に受信する受信体である。しかしながら、第１ドローン１０６から第２ドローン１０８に送信される信号は、第１ドローン１０６に対して他のドローン１０２が近接しているため、第３ドローン１１０などの他のドローン１０２で受信されるときには余剰信号電力を含みうる。以下により詳細に説明するように、信号に含まれる余剰電力は、集団１０４の動作稼働時間を長くするために、他のドローン１０２によって収集及び蓄積される。

【0015】

図２は、ネットワーク１００（図１に示す）におけるエネルギーの使用を管理する例示的な方法を示すフロー図である。例示的な実施形態において、第１ドローン１０６は、第２ドローン１０８が受信するための第１信号１１２を出力する。第２ドローン１０８は、第１信号１１２を解析して、第１ドローン１０６から出力された信号を第２ドローン１０８で処理するために必要な最低信号電力（すなわち閾値電力レベル）を特定する。デジタル信号の場合、第２ドローン１０８の信号処理能力、したがって、信号における最低信号電力、さらに場合によっては余剰電力を特定する能力は、少なくとも部分的には、第２ドローン１０８が、信号を規定するビットストリームのビットを解読する能力に基づいている。例えば、第２ドローン１０８のプロセッサ（図４に示す）は、信号を解析してビット誤り率を特定し、このビット誤り率が、閾値（すなわち、最低信号ビット誤り率）と比較される。特定されたビット誤り率が閾値を超える場合、最低信号電力が確認され、余剰信号電力が存在する可能性がある。アナログ信号の場合、第２ドローン１０８の信号処理能力は、少なくとも部分的には、信号のスプリアスフリーダイナミックレンジ（ＳＦＤＲ）に基づいている。例えば、最低信号電力は、ＳＦＤＲの下端における電力と特定し、余剰信号電力は、ＳＦＤＲの下端よりも大きい任意の電力レベルにおける電力と特定することができる。

【0016】

一例において、第１ドローン１０６は、最低信号電力の特定を容易にするために、フェージング電力レベルを有する第１信号１１２を出力する。例えば、図２に示す第１処理ステップ１１４において、第１ドローン１０６は、第２ドローン１０８で第１信号１１２を処理するために必要な最低限の電力よりも大きい第１信号電力を有する第１信号１１２を出力する。第１ドローン１０６が第１信号電力で第１信号１１２の出力を継続する場合、第１ドローン１０６における貴重な予備電力が非効率的な速度で使い果たされる可能性がある。さらに、第２ドローン１０８で処理するために必要な信号電力よりも大きい信号電力で第１信号１１２を出力すると、第１信号１１２が、ネットワーク１００の外に搬送されて、不安全な意図しない第三者の受信体に受信される可能性がある。したがって、第１処理ステップ１１４から第２処理ステップ１１６において、第１信号１１２の信号電力は、第１信号電力から第２信号電力へと徐々に低減される。例示的な実施形態においては、第２ドローン１０８において、第１信号１１２のフェージング電力レベルが監視される。第２ドローン１０８は、フェージング電力レベルを解析して、第２ドローン１０８で第１信号１１２を処理するために必要な最低信号電力を特定する。

【0017】

第３処理ステップ１１８において、第２ドローン１０８は、第１ドローン１０６へ向かってリターン信号１２０を出力する。リターン信号１２０は、最低信号電力データを含み、当該データは、第２ドローン１０８に第１信号１１２を出力し、当該第２ドローン１０８において当該第１信号１１２を処理できるようにするための電力レベルに関する情報を、第１ドローン１０６に与えるデータである。リターン信号１２０は、最低信号電力で第１ドローン１０６へ向かって出力されてもよい。第１ドローン１０６は、リターン信号１２０を受信して、最低信号電力データに基づいて、第２ドローン１０８へ向かって出力する信号の電力を変調する。したがって、第４処理ステップ１２２において、第１ドローン１０６と第２ドローン１０８との間で効果的且つ省電力の通信が確立される。具体的には、第１ドローン１０６及び第２ドローン１０８のエネルギーの節約を容易にするために、第１ドローン１０６と第２ドローン１０８との間で第１信号１１２及びリターン信号１２０を最低信号電力で送信する。

【0018】

例示的な実施形態においては、処理ステップ１１４、１１６、１１８、及び１２２の全体を通して、第１ドローン１０６と第２ドローン１０８との間に第３ドローン１１０が配置される。動作中、第３ドローン１１０は、第１ドローン１０６及び第２ドローン１０８から出力される信号を第３ドローン１１０で処理するために必要な最低信号電力を特定するために、第１信号１１２及びリターン信号１２０を解析する。第３ドローン１１０は、第１ドローン１０６及び第２ドローン１０８からより短い第２距離Ｄ₂（図１に示す）を空けて配置されているため、第３ドローン１１０で第１信号１１２及びリターン信号１２０を処理するための最低信号電力は、例えば、第２ドローン１０８で第１信号１１２を処理するための最低信号電力よりも小さい。したがって、第３ドローン１１０は、当該第３ドローン１１０での受信時に第１信号１１２及びリターン信号１２０が余剰信号電力を含むと特定することができる。余剰信号電力は、第３ドローン１１０で受信した第１信号１１２及びリターン信号１２０の電力と、第３ドローン１１０で信号を処理するための最低信号電力との間の差に基づいて特定することができる。したがって、第３ドローン１１０は、動作性能及び耐用年数を向上させるために、余剰信号電力を収集及び蓄積することができる。

【0019】

図３は、ネットワーク１００（図１に示す）におけるエネルギーの使用を管理する代替の方法を示すフロー図である。上述したように、第２ドローン１０８は、第１ドローン１０６から出力された第１信号１１２を解析して、第１ドローン１０６から出力された信号を第２ドローン１０８で処理するために必要な最低信号電力を特定する。例示的な実施形態において、第１ドローン１０６は、最低信号電力の特定を容易にするために、固定電力レベルの第１信号１１２を出力する。例えば、図３に示す第１処理ステップ１２４において、第１ドローン１０６は、第２ドローン１０８で第１信号１１２を処理するために必要な最低限の電力よりも大きい信号電力を有する第１信号１１２を出力する。次に、第２ドローン１０８は、減衰値によって第１信号１１２の電力レベルを減衰させる。減衰値は、最低信号電力と、第２ドローン１０８で受信された第１信号１１２の電力との間の差に基づいて特定される。第２処理ステップ１２６において、第２ドローン１０８は、第１ドローン１０６へ向かってリターン信号１２０を出力する。リターン信号１２０には、第２ドローン１０８によって特定された減衰値を含む最低信号電力データが含まれる。第１ドローン１０６は、リターン信号１２０を受信して、最低信号電力データに基づいて、第２ドローン１０８へ向かって出力される信号の電力を変調し、その際、例えば、減衰値に比例して信号の電力を変調する。したがって、第３処理ステップ１２８において、第１ドローン１０６と第２ドローン１０８との間で効果的且つ省電力の通信が確立される。具体的には、第１ドローン１０６及び第２ドローン１０８のエネルギーの節約を容易にするために、第１ドローン１０６と第２ドローン１０８との間で第１信号１１２及びリターン信号１２０を最低信号電力で送信する。

【0020】

図２及び図３に示す例において、例えば、干渉により第２ドローン１０８が信号１１２を処理する能力が制限される場合、最低信号電力を特定するために、第１ドローン１０６から出力される信号電力を増大することも可能である。

【0021】

再度図１を参照すると、集団１０４におけるドローン１０２は、ネットワーク１００の内外で互いに独立して移動可能、及び／又は連携動作において互いに同期して移動可能である。例えば、ドローン１０２が相対的に移動する際、地球に対して固定された位置に集団１０４を配置することができる。これに代えて、ドローン１０２が相対的に移動する際、地球に対して相対的な速度で集団１０４を移動させることができる。いずれの例においても、ドローン１０２は、集団１０４における電力消費負荷及びエネルギー収集ポテンシャルのバランスを取り易くするために、相対的に移動することができる。

【0022】

例えば、図１に示す集団構成において、第１ドローン１０６は、第２ドローン１０８と効果的に通信するために、第３ドローン１１０との通信で使用するよりも大きい電力を使用する必要があるので、第１ドローン１０６の電力消費負荷は、第３ドローン１１０と比較して大きい。したがって、集団１０４の外縁における位置から第１ドローン１０６を内側に移動させることにより、集団１０４における他のドローン１０２に対する第１ドローン１０６の距離を短くして、他のドローン１０２と効果的に通信するための電力量を低減することができる。一例において、第１ドローン１０６は、所定時間に亘って外縁に配置された後、又は第１ドローン１０６の残りのバッテリ寿命の分析に基づいて、集団１０４の相対的中心に移動されてもよい。

【0023】

他の例において、集団１０４における第１ドローン１０６及び第３ドローン１１０の相対位置を入れ替えて、第３ドローン１１０を集団１０４の相対的中心から当該集団１０４の外縁に移動させてもよい。集団１０４の動作中、及び位置の入れ替えまでの間に、第３ドローン１１０は、より少ない送信電力を使用するとともに、他のドローン１０２から電力を収集する。したがって、第１ドローン１０６及び第３ドローン１１０を相対的に移動させることにより、集団１０４の全体における電力消費負荷及びエネルギー収集ポテンシャルのバランスを取ることが容易になる。

【0024】

上記説明は、ドローン１０６、１０８、及び１１０に関するものであるが、受信、解析、電力変調、及び送信の処理は、エネルギー節約の管理を容易にするために、ネットワーク１００内の全てのドローン１０２によって同時に行われてもよい。

【0025】

図４は、ネットワーク１００（図１に示す）で使用可能なドローン１０２の内部コンポーネントを示す概略図である。例示的な実施形態において、ドローン１０２は、送信サブシステム１３０と、受信サブシステム１３２と、エネルギー収集サブシステム１３４と、プロセッサ１３６とを含む。サブシステム１３０、１３２、及び１３４は、互いの間で１つ以上のコンポーネントを共有してもよい。したがって、ドローン１０２は、出力信号１４２の出力、及び他のドローン１０２からの入力信号１４４の受信を行うための、収集レンズ（collection lens）１３８及びカルミネーティングレンズ（culminating lens）１４０を含む。

【0026】

第１受信モードにおいて、入力信号１４４は、レンズ１３８及び１４０を介してサーキュレータ１４６へ向けてルーティングされる。サーキュレータ１４６は、自由空間光サーキュレータ又は繊維系サーキュレータ１４６であってもよい。サーキュレータ１４６は、同じコンポーネントから信号を送受信することを可能にする受動的なマルチポートデバイスである。したがって、サーキュレータ１４６で受信された入力信号１４４は、調節可能なビームスプリッタ１４８へ向かってルーティングされる。ビームスプリッタ１４８は、プロセッサ１３６によって制御されて、当該ビームスプリッタにより実行される分割比が決定される。代替の例において、サーキュレータ１４６で受信された入力信号１４４は、調節可能なファイバカプラ（図示略）へ向かってルーティングされる。一例において、プロセッサ１３６は、入力信号１４４を第１出力１５０及び第２出力１５２に分割するようにビームスプリッタ１４８を制御する。以下でより詳細に説明するが、第１出力１５０は、プロセッサ１３６へ向かってルーティングされ、第２出力１５２は、エネルギー収集サブシステム１３４のコンポーネントへ向かってルーティングされる。

【0027】

例示的な実施形態において、第１出力１５０は、ビームスプリッタ１４８とプロセッサ１３６との間に配置された光学フィルタ１５４及び受信機１５６を介してルーティングされる。光学フィルタ１５４は、入力信号１４４の第１出力１５０、及び受信機１５６からのノイズをフィルタリングする。受信機１５６は、光信号を電子信号に変換するフォトダイオード、及び信号から電気ノイズをフィルタリングする電気フィルタによって形成される。次に、プロセッサ１３６は、第１出力１５０を解析して、ドローン１０２で入力信号１４４を処理するために必要な最低信号電力を特定する。送信サブシステム１３０は、プロセッサ１３６と通信可能なレーザエミッタ１５８と、当該レーザエミッタ１５８と各レンズ１３８及び１４０との間に配置されたコリメータ１６０とを含む。したがって、一例において、プロセッサ１３６は、上述したように、最低信号電力が特定されると、最低信号電力データを含む出力信号１４２（例えば、リターン信号１２０）を送信するために、レーザエミッタ１５８を制御する。一実施形態において、レーザエミッタ１５８は、ＣＷＮｄ³⁺：ＹＡＧエミッタである。

【0028】

代替の例において、集団１０４における一定数のドローン１０２は、独立型（standalone）レーザエミッタ１５８を搭載しており、残りのドローン１０２は、変調逆反射体（modulating retroreflector）であるレーザエミッタ１５８を搭載している。したがって、一定数のドローン１０２、例えば単一のドローン１０２は、レーザ送信源であってもよく、残りのドローン１０２は、当該発信源から受信した信号を反射させることによりエネルギーを節約してもよい。

【0029】

第１受信モードにおいて、プロセッサ１３６は入力信号１４４の解析も行って、当該信号における余剰信号電力の有無を判定する。入力信号１４４は、集団１０４における他のドローン１０２から受信してもよいし、地上システムから受信してもよい。入力信号１４４が余剰信号電力を含むと判定した場合、プロセッサ１３６は、ビームスプリッタ１４８の比率を調節して、入力信号１４４の第２出力１５２がエネルギー収集サブシステム１３４へ向かってルーティングされるようにする。例示的な実施形態において、エネルギー収集サブシステム１３４は、太陽電池（ＰＶ）セル１６２と、ＤＣ‐ＤＣ（電力）コンバータ１６４と、ドローン１０２の電力消費コンポーネントに電気的に接続されたバッテリ１６６とを含む。動作中、太陽電池セル１６２は、入力信号１４４（すなわち、レーザ送信）のエネルギーを電気に変換し、ＤＣ－ＤＣコンバータ１６４は、バッテリ１６６に蓄積するために当該電気をさらに変換する。これに代えて、ＤＣ－ＤＣコンバータの出力は、ドローン１０２のエネルギー消費コンポーネントに直接ルーティングされてもよい。

【0030】

第２受信モードにおいて、ドローン１０２は、最低信号電力データを含む入力信号１４４の受信体であってもよい。バッテリ１６６の節約を容易にするために、プロセッサ１３６によって入力信号１４４を解析し、これに従って送信サブシステム１３０の動作を調整してもよい。例示的な実施形態において、送信サブシステム１３０は、光変調器１６８を含み、当該光変調器は、レーザエミッタ１５８からの出力を受信して、出力信号１４２を生成するために当該出力を選択的に操作する。例えば、出力信号１４２が最低信号電力よりも大きい電力レベルで送信されているとプロセッサ１３６が判断した場合、光変調器１６８は、出力信号１４２の電力レベルを最低信号電力に低減するよう動作可能である。

【0031】

図５は、ドローンネットワークを操作する例示的な方法２００を示すフロー図である。上記方法２００は、第１ドローンから第１信号を出力すること２０２と、前記ネットワークにおける第２ドローンにおいて前記信号を受信すること２０４と、前記第２ドローンにおいて、前記信号を前記第２ドローンで処理するために必要な最低信号電力を特定すること２０６と、前記第２ドローンで特定された最低信号電力データを含むリターン信号を、前記第２ドローンから前記第１ドローンへ出力すること２０８と、前記第１ドローンから前記第２ドローンへ第２信号を出力すること２１０と、を含み、前記第２信号の電力は、前記最低信号電力データに基づいて変調される。

【0032】

さらに、本開示は、以下の付記を含み、保護範囲は請求の範囲によって規定される。

【0033】

付記１．第１受信機、第１送信機、及び第１プロセッサを含む第１ドローンと、前記第１ドローンから離間して配置可能であって、第２受信機、第２送信機、及び第２プロセッサを含む第２ドローンと、を含み、前記第１送信機は、前記第２ドローンへ向かって、前記第２受信機が受信するための信号を出力するよう構成されており、前記第２プロセッサは、前記信号を前記第２ドローンで処理するために必要な最低信号電力を特定するよう構成されており、前記第２送信機は、前記第１ドローンへ向かって、前記第１受信機が受信するためのリターン信号を出力するよう構成されており、前記リターン信号は、前記第２プロセッサによって特定された最低信号電力データを含み、前記第１プロセッサは、前記最低信号電力データに基づいて、前記第１送信機から前記第２ドローンへ向かって出力される信号の電力を変調するよう構成されている、ドローンネットワーク。

【0034】

付記２．前記第１送信機は、フェージング電力レベルを有する信号を出力するよう構成されており、前記第２プロセッサは、前記最低信号電力を特定するために前記フェージング電力レベルを監視するよう構成されている、請求項１に記載のネットワーク。

【0035】

付記３．前記第１送信機は、固定電力レベルの信号を出力するよう構成されており、前記第２プロセッサは、前記信号の電力と前記最低信号電力との間の差に基づいて特定された減衰値に基づいて、前記最低信号電力データを生成するよう構成されている、付記１又は２に記載のネットワーク。

【0036】

付記４．前記第１プロセッサは、前記第２ドローンへ向かって出力する信号の電力を、前記最低信号電力にほぼ等しい電力レベルに変調するよう構成されている、付記１～３のいずれかに記載のネットワーク。

【0037】

付記５．前記第２プロセッサは、前記信号の電力と前記最低信号電力との間の差に基づいて、前記信号に含まれる余剰信号電力を特定するようさらに構成されており、前記第２ドローンは、当該第２ドローン内に前記余剰信号電力を収集及び蓄積するよう構成されたエネルギー収集サブシステムをさらに含む、付記１～４のいずれかに記載のネットワーク。

【0038】

付記６．前記第２ドローンと比較して、前記第１ドローンからより短い距離に配置可能な第３ドローンをさらに含み、前記第３ドローンは、前記第１ドローンによって出力された前記信号を受信するよう構成された第３受信機と、前記第３ドローンで前記信号を処理するために必要な最低信号電力を特定するとともに、前記信号の電力と前記最低信号電力との間の差に基づいて、前記信号に含まれる余剰信号電力を特定するよう構成された第３プロセッサと、前記第３ドローン内に前記余剰信号電力を収集及び蓄積するよう構成されたエネルギー収集サブシステムと、を含む、付記１～５のいずれかに記載のネットワーク。

【0039】

付記７．前記第３ドローンは、前記第１ドローンへ向かって、前記第１受信機が受信するためのリターン信号を出力するよう構成された第３送信機をさらに含み、前記リターン信号は、前記第３プロセッサによって特定された最低信号電力データを含み、前記第１プロセッサは、前記リターン信号に含まれた前記最低信号電力データの解析に基づいて、前記第１送信機から前記第２ドローン及び前記第３ドローンへ向かって出力される信号の電力を変調するよう構成されている、付記６に記載のネットワーク。

【0040】

付記８．信号を受信するよう構成された受信サブシステムと、前記信号を前記ドローンで処理するために必要な最低信号電力を特定するとともに、前記信号の電力と前記最低信号電力との間の差に基づいて、前記信号に含まれる余剰信号電力を特定するよう構成されたプロセッサと、前記余剰信号電力を収集及び蓄積するよう構成されたエネルギー収集サブシステムと、を含むドローン。

【0041】

付記９．レーザエミッタ及び光変調器を備える送信サブシステムをさらに含み、前記レーザエミッタ及び前記光変調器は、両方とも前記プロセッサにより制御可能であり、前記レーザエミッタは、前記光変調器へ向かって出力を供給するよう構成されており、前記光変調器は、前記出力の電力を選択的に変調して、前記ドローンから出力する信号を形成するよう構成されている、付記８に記載のドローン。

【0042】

付記１０．前記プロセッサは、前記信号に余剰信号電力が含まれるか否かを特定するよう構成されるとともに、前記余剰信号電力が特定されると、前記光変調器を使用して、出力される前記信号の電力を変調するよう構成されている、付記９に記載のドローン。

【0043】

付記１１．前記レーザエミッタは、変調逆反射体を含む、付記９又は１０に記載のドローン。

【0044】

付記１２．前記受信サブシステムと前記送信サブシステムとの間で選択的に出力及び入力をルーティングするよう構成されたサーキュレータをさらに含む、付記９～１１のいずれかに記載のドローン。

【0045】

付記１３．前記ドローンからリターン信号を出力するよう構成された送信サブシステムをさらに含み、前記リターン信号は、前記プロセッサによって特定された最低信号電力データを含む、付記８に記載のドローン。

【0046】

付記１４．前記受信サブシステムは、前記プロセッサによって制御可能なビームスプリッタを含み、前記エネルギー収集サブシステムは、バッテリを含み、前記プロセッサは、ビームスプリッタから受信した第１出力に基づいて、前記信号に余剰信号電力が含まれるか否かを特定するよう構成されるとともに、前記余剰信号電力が特定されると、前記バッテリに対して前記余剰信号電力を含む第２出力を供給するように前記ビームスプリッタに指示するよう構成されている、付記８に記載のドローン。

【0047】

付記１５．前記エネルギー収集サブシステムは、前記第２出力を蓄積可能な電力に変換するために、前記ビームスプリッタと前記バッテリとの間に接続された太陽電池セルと電力コンバータとをさらに含む、付記１４に記載のドローン。

【0048】

付記１６．ドローンネットワークの動作を制御する方法であって、第１ドローンから第１信号を出力することと、前記ネットワークにおける第２ドローンにおいて前記信号を受信することと、前記第２ドローンにおいて、前記信号を前記第２ドローンで処理するために必要な最低信号電力を特定することと、前記第２ドローンで特定された最低信号電力データを含むリターン信号を、前記第２ドローンから前記第１ドローンへ出力することと、前記第１ドローンから前記第２ドローンへ第２信号を出力することと、を含み、前記第２信号の電力は、前記最低信号電力データに基づいて変調される、方法。

【0049】

付記１７．前記ネットワークにおいて、前記第２ドローンと比較して前記第１ドローンからより短い距離に配置可能な第３ドローンにおいて前記信号を受信することと、前記第３ドローンにおいて、前記第１ドローンから出力された前記信号に含まれる余剰信号電力を蓄積することと、前記第１ドローン、前記第２ドローン、及び前記第３ドローンを選択的に相対移動させて、前記第３ドローンよりも前記第１ドローンからより短い距離に前記第２ドローンを配置することと、前記第２ドローンにおいて、前記第１ドローンから出力された前記信号に含まれる余剰信号電力を蓄積することと、をさらに含む、付記１６に記載の方法。

【0050】

付記１８．前記第１ドローン、前記第２ドローン、及び前記第３ドローンはドローン集団を構成しており、前記方法は、前記第１ドローン、前記第２ドローン、及び前記第３ドローンが相対的に移動する際、地球に対して固定された位置に前記ドローン集団を配置することをさらに含む、付記１７に記載の方法。

【0051】

付記１９．前記第１ドローン、前記第２ドローン、及び前記第３ドローンはドローン集団を構成しており、前記方法は、前記第１ドローン、前記第２ドローン、及び前記第３ドローンが相対的に移動する際、地球に対して相対的な速度で前記ドローン集団を移動させることをさらに含む、付記１７又は１８に記載の方法。

【0052】

付記２０．少なくとも前記第１ドローン及び前記第２ドローンを含む複数のドローンがドローン集団を構成しており、前記方法は、前記ドローン集団の相対的な中心に前記第１ドローンを移動させることをさらに含む、付記１７～１９のいずれかに記載の方法。

【0053】

本明細書の記載は、例を用いてベストモードを含む様々な実施形態を開示するものであり、また、任意の装置又はシステムの作製及び使用、並びに組み入れられた方法の実行を含む様々な実施形態を当業者にとって実施可能にするものである。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定されるものであり、本明細書を読んだ当業者が想定しうる他の例を含みうる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構成要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない均等の構成要素を含む場合、特許請求の範囲に包含されると考えられるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】