ドローンの活動が急増したため、低空飛行の空域を安全に管理することが難しくなってきた。特に人口密集地域では顕著だ。先月、ロサンゼルスの山火事の上空で無許可のドローンが「スーパー・スクーパー」機と衝突し、数日間にわたって機体が地上にとどまり、消火活動が妨げられた。
従来のレーダーシステムは強力だが、高度400フィート以下の低空飛行する航空機を効果的に検出できない。連邦航空局（FAA）には小型無人航空機システムまたはドローンを管理するための規制がいくつかあるが、特に混雑した空域や制限された空域では追跡と安全性が問題になることがある。
工学教授のキャミー・ピーターソン氏とその同僚は、小型で低コストのレーダーのネットワークを使用して、特定された低高度空域内のあらゆるものを効果的かつ正確に追跡できるドローン用の航空管制システムを構築した。
共著者でBYUの電気・コンピュータ工学教授であるカール・ワーニック氏は、次のようにコメントする。
レーダーは昔から存在しています。空港で見かけるような 1,000万ドルの回転する皿の代わりに、数百ドルで作れるシンプルなものがあります。小型レーダーはハイエンド レーダーの能力をすべて備えているわけではありませんが、小型レーダーのネットワークは効果的に連携できます。
ピーターソン氏はドローンの航空管制システムの仕組みを次のように解説する。
- 複数の地上局コンピュータが、エリア全体に分散されたレーダーユニットに接続されている。
- これらのレーダーユニットは空に向けられており、視野内にある動く物体を検出。
- この情報は、その後、グローバル座標フレームに変換され、他の地上局と共有され、その地域の航空交通の包括的かつ時間とともに変化する画像が作成される。
レーダー装置は物体を識別すると、レーダー装置自体の位置に加えてその物体の位置も記録。
この変換により、すべての地上局が実空間における物体の位置を正確に解釈できるようになるという。動的な航空交通画像を実現するには、各レーダーユニットを較正するか、ローカルフレームからグローバルフレームに変換するために必要なデータを提供しなければならない。
BYU機械工学教授で同僚の研究者ティム・マクレイン氏は、次のようにコメントする。
各レーダーは空に向けられているため、視野を持っています。レーダーは、すべてのレーダーが空の同じ場所にある個々の航空機を捉えられるように調整する必要があります
研究者らは、この小型レーダーは街灯柱や携帯電話基地局などの構造物に設置できる可能性があるとしている。
ピーターソン氏は最近、航空管制システムによるドローンの追跡に関する論文を発表し、国立科学財団の資金提供を受けて完成したピーターソン氏の研究によって、ドローンのリアルタイムの位置に関する確実性が高まった。これは、ドローン同士の衝突を防ぐ方法を考える上で重要である。
BYUの研究者たちは、それぞれが幅約500フィートの円形の空域を追跡できる3つのレーダーに焦点を当てたが、この技術は、多数のレーダーを備えたより広範なネットワークに拡張できる可能性がある。
ピーターソン氏：アマゾンやウォルマートのような1社が1時間にわたって空域全体を占拠することはできないでしょう？費用対効果を上げるには、異なる企業の複数のドローンが同じ時間帯に同じエリアを飛行できるようにする必要があります。安全を確保したければ、他のドローンがどこにいるかを知る必要があります。
システムの有効性は、天候や物理的なレーダー装置にぶつかる物体によって損なわれる可能性があり、レーダー装置が移動して意図しない方向を向く原因となる。しかし、オンラインキャリブレーションにより、レーダー装置はデータ収集中に不注意で位置が変わっても調整し、問題を修正することができます。
大学院生で共著者のブレイディ・アンダーソン氏は、次のようにコメントする。
この航空管制システムの素晴らしい点は、10秒以内にレーダーがユニットの新しい位置を修正できることです
10秒の補正時間を実現するために、アンダーソン氏はオンラインキャリブレーションを実行する数式に注目したという。研究チームは、この動的キャリブレーション手法が、記録されたデータや「バッチ」データを使った研究に比べて明らかに改善されていることを実証した。
ピーターソン氏は、このシステムを動かすアルゴリズムによって、レーダーユニットを交換したり追加したりすることができ、ニーズに応じてさまざまな機能を実現できるとしている。
