ドローンの素人「ハヤシ」は
これって何よ？って
思ってることを少しずつ
クリアにしていきたいと
常々思っています。
「無人航空機の飛行の安全に関する教則」でボチボチ勉強。
今日は、電波について学びます。
私には難しすぎて簡単に理解できるものではないのですが、
電波の特性、無人航空機の運行において使用されている周波数帯・用途、
電波の送受信に関する技術などについて軽く触れていきます。
出典：国土交通省ホームページ（https://www.mlit.go.jp/common/001602108.pdf）
さあ、勉強！勉強！
電波
電波の特性
①直進、反射・屈折、回折、干渉、減衰
電波には障害物等の後ろに回り込む回折という性質、異なる媒質にぶつかると透過、反射あるいは屈折する性質、周波数が重なると電波干渉が発生し、お互いを減衰させる性質があります。2.4GHzの電波は回折しにくく直進性が高いため障害物の影響を受けやすくなります。
②マルチパス
送信アンテナから放射された電波が山や建物などによる反射、屈折等により複数の経路を通って伝搬される現象のことをいいます。反射屈折した電波は到達するまでに僅かな遅れを生じ、一時的に操縦不能になる要因の一つとなっています。その場合は送信機をできるだけ高い位置に持ち、アンテナの向きを変えて操縦の復帰を試みます。
③フレネルゾーン
フレネルゾーンとは無線通信などで、電力を失うことなく電波が到達するために必要とする領域のことをいいます。無線通信で「見通しが良い」という表現は、フレネルゾーンがしっかりと確保されている状態であることを意味しています。フレネルゾーンは、送信と受信のアンテナ間を最短距離を中心とした楕円形の空間で、無限に広がりますが、電波伝搬では第一フレネルゾーンが重要です。第一フレネルゾーン内に壁や建物などの障害物があると、受信する電波の強さが確保されず、通信距離が短くなり通信エラーが起こります。このフレネルゾーンの半径は周波数が高く（波長が短く）、お互いの距離が短くなればなるほど小さくなります。地面も障害物となるため、フレネルゾーンの半径を考慮してアンテナの高さを十分に確保する必要があります。
無人航空機の運行において使用されている電波の周波数帯・用途
無人航空機の運行において使用されている主な電波の周波数帯は、2.4GHz帯、5.7GHz帯、920MHz帯、73MHz帯、169MHz帯です。169MHz帯は主に2.4GHz帯及び5.7GHz帯の無人移動体画像伝送システムの無線局のバックアップ回線として使用されます。電波の周波数帯や出力、使用するアンテナの特性、変調方式、伝送速度などによって通信可能な距離は変動します。
電波の送信、受信に関わる基本的な技術
送信機のアンテナから発射される電波の強さは、方向により異なります。無指向性のアンテナの場合は、アンテナの周囲に対して同様に発射されます。アンテナの角度は調整できるので、操縦時の送信機の持ち方や無人航空機の位置を考慮して最適なアンテナ角度を設定する必要があります。
磁気方位
地磁気センサの役割
地磁気センサにより、地球の磁気を検出することで機体の向き（方位）や姿勢を知ることができます。地磁気センサは正常な方位を計測しない場合がありますが、それは磁力線が示す北（磁北）と地図の北に偏角が生じるためです。
飛行環境において磁気に注意すべき構造物や環境
地磁気の検出には、鉄や電流が影響を与えます。一般的に影響を与えるものは、高圧線や変電所、電波塔、鉄材を多く使用した建物、新幹線や電車などの鉄道、自動車、鉄板など鉄材が多く埋め込まれた場所などがあげられます。機体の姿勢や進行方向に影響を与える場合があります。
無人航空機の磁気キャリブレーション
無人航空機の磁気キャリブレーションとは、飛行前にその場所の地磁気を検出して方位を取得し、GNSS機能やメインコントローラーに認識させることです。磁気キャリブレーションが正しく行われていないと、機体が操縦者の意図しない方向へ飛行する可能性があります。飛行させる場所によって地磁気の方向は異なるので、磁気キャリブレーションを行うことが重要です。
GNSS
GNSS
GPS（Global Positioning System）はアメリカ国防総省が、航空機等の航法支援用として開発したシムテムです。GPSに加え、ロシアのGLONASS、欧州のGalileo、日本の準天頂衛星QZSS等を総称してGNSS （Global Navigation Satellite System / 全球測位衛星システム）と言います。GNSSは最低4基以上の人工衛星からの信号を同時に受信することでその位置を計算することができます。機体に取り付けられた受信機により最低4基以上の人工衛星からの距離を同時に知ることにより、機体の位置を特定しています。また、安定飛行のためには、より多くの人工衛星からの信号の受信が必要になります。
GNSSとRTKの精度
GPS測位で受信機1台の単独測位の精度は数十メートルです。測位方式として固定局と移動局の2つの受信機を使用するRTK（Real Time Kinematic）やDGPS（Differential Global Positioning System）などの技術が確立され、これらの測位方法の精度は数センチ～数メートルの高い測位が可能です。
GNSSを使用した飛行における注意事項
自動操縦では手動操作よりも高精度なGNSS測位が必要です。自動操縦のためにあらかじめ地図上で設定したWay Point はGNSSの測位精度の影響を受けるため、精度が悪化した場合は実際の飛行経路の誤差が大きくなります。GNSSの測位精度に影響を及ぼすものとしては、GNSS衛星の時計の精度、捕捉しているGNSS衛星の数、障害物などによるマルチパス、受信環境のノイズなどが挙げられます。受信機は、周囲の地形や障害物の状況を考慮して設置する必要があります。一般的に位置精度は、水平方向に比べ高度方向の誤差が大きくなります。
【今回の学び】
目には見えない
電波や磁気、衛星からの信号。
GPSはGNSSは、衛星測位システムのこと。
衛星からのやってくる信号により、
受信機が位置を正確に把握して
ドローンは飛行しているんですね。
宇宙のロマンを感じます。
素人ハヤシは、このように
少しずつですが、頑張っております。
ではまた！次回の学び報告で。
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