DIR-1-015

ロボット・ドローンが活躍する省エネルギー社会の実現プロジェクト
無人航空機の運航管理システム及び衝突回避技術の開発

単独長距離飛行を実現する運航管理機能の開発（離島対応）の成果報告【NEDO ロボット・ドローンが活躍する省エネルギー社会の実現プロジェクト
研究成果報告会】
2022年5月20日
株式会社ＳＵＢＡＲＵ
日本無線株式会社
日本アビオニクス株式会社
株式会社ＡＣＳＬ
マゼランシステムズジャパン株式会社

1目 次
１ 事業の背景・意義（目的・概要）
２ 研究開発目標
３ 研究開発計画と実績
４ 研究開発成果の概要
５ 研究開発成果の詳細
６ 研究開発成果のまとめ2

１ 事業の背景・意義（目的・概要）（１／２）
ロボット・ドローンが活躍する省エネルギー社会の実現プロジェクト
研究開発項目② 「無人航空機の運航管理システム及び衝突回避技術の開発」（１）無人航空機の運航管理システムの開発
８）単独長距離飛行を実現する運航管理機能の開発（離島対応）

安全かつ信頼性の高い目視外での自律飛行を実現するために、無人航空機の衝突回避技術の開発において開発された小型化・低消費電力化の衝突回避技術を小型無人航空機に搭載し、飛行試験によってその有効性を評価するとともに、離島間物流のように単独で長距離飛行を行う場合を想定した運航管理機能を研究・開発する。

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１ 事業の背景・意義（目的・概要）（２／２）
「小型無人機に係る環境整備に向けた官民協議会」において取りまとめられた「空の産業革命に向けたロードマップ2020」に示された、無人地帯での目視外飛行（レベル３）及び有人地帯での目視外飛行（レベル４）の本格化に向けた「小型化・省電力化等の衝突回避等技術」の技術開発として位置付けられている。

（経済産業省
ホームページより）

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２ 研究開発目標「無人航空機の運航管理システム及び衝突回避技術の開発／準天頂衛星システムを利用した無人航空機の自律的ダイナミック・リルーティング技術の開発」（2017年度～2019年度）の成果を活用し、①②に取り組む
ことにより、衝突回避技術及び離島対応の運航管理機能の技術を開発・実証する。
準天頂衛星システム②離島対応運航管理機能の開発（ 「運航管理統合機能の機能拡張に関する研究開発」との接続性を確保する）

C2リンクの時間遅れ・伝送容量の制約が大きい・途絶の可能性がある見通し外通信

小型無人航空機①小型化・低消費電力化の「衝突回避システム」、「準天頂衛星システム」を活用した飛行実証試験

他機が接近した場合衝突を回避するために機動する
運航管理機能大型無人航空機（※１）

風等の変化により燃料／バッテリが不足する場合離陸地点へ帰投する（※１）

ＦＩＭＳ（運航管理統合機能）

悪天候等を検知した場合飛行経路を変更する（※１）

・本研究・開発の対象＝下線箇所
・Ｃ２リンク ：Command and Control link
・ＦＩＭＳ ：Flight Information Management System※１：2017年度～2019年度に「準天頂衛星システムを利用した無人航空機の自律的ダイナミック・リルーティング技術の開発」において、研究・開発したシステム

5３ 研究開発計画と実績計画した「ア．小型化・低消費電力化の衝突回避技術の飛行試験」、「イ．離島対応の運航管理機能の技術開発・実証」及び「ウ.標準化に関する検討」の事業内容全てを完了した。
凡例：

項目

2020年度
第２四半期

第３四半期

第４四半期

基礎データの取得

第１四半期

第２四半期

第３四半期

【委託事業】（１）
無人航空機の運航管理システムの開発【助成事業】（２）
無人航空機の衝突回避技術の開発

定量的な評価試験

実環境での飛行実証

イ．離島対応の運航管理機能の技術開発・実証

８）単独長距離飛行を実現する運航管理機
能の開発（離島対応）

７）運航管理統合機能の機能拡張に関する研究開発
３）衝突回避システムの小型化・低消費電力化
４）準天頂衛星システムの小型化・低消費電力化

開発
成果
活
用／試
験
結果
反映

設計・製造

改修構想

実証試験

ウ．標準化に関する検討
接
続性
確
保実績

2021年度

ア．小型化・低消費電力化の衝突回避技術の飛行試験【委託事業】（１）無人航空機の運航管理システムの開発

計画①無人航空機の衝突回避技術に関する標準化提案②衝突回避用センサに関する標準化の調査検討③標準化活動に向けた実証試験の実施②衝突回避用センサに関する標準化準備

第４四半期

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４ 研究開発成果の概要（１／３）
ア．小型化・低消費電力化の衝突回避技術の飛行試験➢ 「ロボット・ドローンが活躍する省エネルギー社会の実現プロジェクト／無人航空機の運航管理システム及び衝突回避技術の開発／無人航空機の衝突回避技術の開発」において開発された小型化・低消費電力化の衝突回避技術の有効性を評価「準天頂衛星システムの小型化・低消費電力化」の協調式SAAシステム「衝突回避システムの小型化・低消費電力化」の非協調式SAAシステム
光波センサ• 光波センサ：主として近傍の対象を探知するカメラ

準天頂衛星
システムアンテナ

自律管理装置（機体内部）
電波センサ• 電波センサ：主として遠方の対象を探知するレーダ

準天頂衛星システ
ム受信機及びフライトコントローラ（機体内部）• 自律管理装置：センサからの情報を元に衝突回避の飛行経路を生成

小型無人航空機（ACSL-PF2）

小型無人航空機（ACSL-PF2）諸元

C2リンク
飛行計画
テレメトリデータ

小型無人航空機
地上管制装置C2リンク途絶 ×• 準天頂衛星システム：正確な位置情報を共有• フライトコントローラ：上記
位置情報を元に衝突回避の飛行経路を生成

小型無人航空機（ACSL-PF2）

・寸法：1.2m（プロペラ範囲）×0.6ｍ（全高）・質量：10kg（最大）イ．離島対応の運航管理機能の技術開発・実証➢ 自律的な衝突回避機能を含む飛行経路変更を行う無人航空機の運航に適する離島対応の運航管理機能の技術
開発及び実証飛行計画
テレメトリデータ

無人航空機の予想飛行範囲（C2リンク途絶時）「ロボット・ドローンが活躍する省エネルギー社会の実現プロジェクト／無人航空機の運航管理シス
テム及び衝突回避技術の開発／運航管理統合機能の機能拡張に関する研究開発」

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４ 研究開発成果の概要（２／３）
飛行試験は、 「小型化・低消費電力化の衝突回避技術」の開発で必要な基礎データの取得の試験（①）に始まり、 対有人航空機と相対速度200km/hにおける自律的な衝突回避機能の評価（②）及び周辺環境の変化が予想される本土及び離島間を想定した飛行を実施し、実環境下において、本研究開発の技術の有効性を評価（③）した。

ア．小型化・低消費電力化の衝突回避技術の飛行試験「衝突回避システムの小型化・低消費電力化」の非協調式SAAシステム「準天頂衛星システムの小型化・低消費電力化」の協調式
SAAシステムイ．離島対応の運航管理機能の技術開発・実証① 基礎データの取得（福島RTF）② 定量的な評価試験（福島RTF）③ 実環境での飛行実証（愛知県三河湾）

 対小型無人航空機／
対有人航空機探知に関する光波センサ及び電波センサについての基礎データを取得

 自律的な衝突回避機
能を確認• 対小型無人航空機
相対速度100km/h• 対有人航空機
相対速度200km/h
 光波センサ及び電波センサに関する探知データを取得

 「小型化・低消費電力化の衝突回避技術」を搭載した小型無人航空機と「離島対応の運航管理機能」を組み合わせ、運航管理統合機能の機能拡張と接続し、本研究開発の有効性を確認

 準天頂衛星システムの位置精度データを取得

 有人航空機の機内における準天頂衛星システ
ム測位データの取得及び地上送信機能を確認

C2リンク途絶場合を含む機能拡張仕様の策定及びソフトウェアの作成

運航管理統合機能の機
能拡張とのシミュレーションによる接続性の確認

 また、Ｃ２リンクが途絶した場合でも、自律的な経路変更を含む未来の飛行範囲を予想し、運航管理統合機能の機能拡張に提供できることを確認 光波センサ及び電波センサ搭載飛行状態における回避行動を確認

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４ 研究開発成果の概要（３／３）② 定量的な評価試験：有人航空機に対する相対速度200km/hの自律的な衝突回避機能を実証するとともにニュースリリースを実施した。

③ 実環境での飛行実証：「小型化・低消費電力化の衝突回避技術」と「離島対応の運航管理機能」を組み合わせて、本研究開発の技術の有効性を確認した。
【試験場所】

愛知県豊川市
御津町
小型無人航空機

三河大島
三河大島

有人航空機
（衝突回避対象）

離着陸場所の御津町から三河大島方面を撮影【試験実施イメージ図】（衝突回避対象）・ 小型無人航空機：速度 50km/h
・ 有人航空機：速度150km/h（衝突回避対象）「小型化・低消費電力化の衝突回避技術」搭載小型無人航空機
・ 速度：50km/h© OpenStreetMap contributors

有人航空機（衝突回避対象）「小型化・低消費電力化の衝突回避技術」搭載
小型無人航空機【回避行動中の試験状況】「離島対応運航管理機能」

運航管理統合機能（機能拡張）

9５ 研究開発成果の詳細（１）小型化・低消費電力化の非協調式SAAシステム：光波センサ
小型化・低消費電力化の光波センサが、自律管理装置が自律的な衝突回避を判断できる目標情報を出力できることを確認した。

① 衝突回避対象を検知②回避対象を検知
衝突回避開始③回避開始
衝突回避行動中④回避行動中衝突回避行動完了⑤回避行動完了
元の飛行経路に復帰

４飛行経路に復帰

３
2
2

５
5

１

２
2

1

※２：無人航空機の衝突回避技術の開発／衝突回避システムの小型化・低消費電力化

３
3①助成事業（※２）の成果を踏まえ、次の内容を実証によって確認• 衝突回避に必要な離隔距離（250m以遠）で衝突回避対象を検知• 目標情報を一定周期（10Hz）で自律管理装置に出力②実環境での飛行実証に向けた解析用データを取得

１４4※定量的な評価試験において小型無人航空機を回避に必要な離隔距離である250m以遠で捉えている画像

光波センサが自律管理装置に出力した目標情報により、機体が衝突回避行動することを実証によって確認

3

衝突回避対象（小型無人航空機）

1

次に示すコンピュータ解析用
データを取得①対小型無人航空機
・衝突回避に必要な探知距離（250m）における小型無人航空機の映像を取得
・脅威機に対して接近する映像を取得②対有人航空機・衝突回避に必要な探知距離（750m）における有人航空機の映像を取得

実環境での飛行実証

定量的な評価試験

4

基礎データの取得

５ 研究開発成果の詳細（２）小型化・低消費電力化の非協調式SAAシステム：電波センサ
定量的な評価試験及び実環境での飛行実証の異なる二つの環境において、小型化・低消費電力化の電波センサが、海面反射や地表面反射の影響を受けることなく、相対速度200km/hの自律的な衝突回避に資するデータ（方位、距離、速度）を自律管理装置へ出力できることを確認した。

脅威機の航跡表示
2.5km

脅威機の航跡表示
2.5km

1.25km

回避開始位置回避開始位置1.25km

定量的な評価試験

実環境での飛行実証（福島県 南相馬市）（愛知県 豊川市（三河湾））

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11５ 研究開発成果の詳細（３）小型化・低消費電力化の非協調式SAAシステム：自律管理装置「衝突回避システムの小型化・低消費電力化」の非協調式SAAシステムを搭載した小型無人航空機を飛行させ、⚫ 相対速度200km/hにおいて、有人航空機と無人航空機の非協調式衝突回避に成功、及び⚫ 相対速度100km/hにおいて、無人航空機同士の非協調式衝突回避に成功した。
概要• 機体仕様: ACSL-PF2 + 小型化・低消費電力化の光波／電波センサ• 試験場所：愛知県豊川市御津町• 日時：2021年11月10日~19日、12月8日~21日• 衝突回避手法：• 機体を規定の相対速度で飛行させ、各センサが脅威機を検知（対有人航空機: 200km/hで電波センサ、対無人航空機: 100km/hで光波センサ）• 自律管理装置が回避指令を送信し、左右（脅威機の反対方向）および下方向に回避行動を開始• 150mの回避行動完了後、脅威機が検知範囲から外れたことを確認してもとの軌道に復帰

結果• センサからの検知情報をもとに、計画どおりの回避行動をとることができた。

小型無人航空機

光波センサ
自律管理装置（機体内部）
電波センサ（レーダ）

機体諸元

・寸法：1.2m（プロペラ範囲）×0.6ｍ（全高）・質量：10kg（最大）有人ヘリコプター（衝突回避対象）

12

５ 研究開発成果の詳細（４）小型化・低消費電力化の協調式SAAシステム「準天頂衛星システムの小型化・低消費電力化」の協調式SAAシステムを搭載した小型無人航空機を飛行させ、相対速度200km/hで接近する有人航空機を検知し、自律的に衝突回避飛行を行うことを確認した。
脅威機（有人航空機）

探知機の航跡（小型無人航空機）
3km
脅威機の航跡（有人航空機）

探知機（小型無人航空機）
有人航空機の位置情報を受信⇒ 検知時に離発着場所へ帰投• 相対速度200km/hで飛行（探知機：50km/h、脅威機：150km/h）• 探知機が脅威機の位置情報を無線で受信• 探知機は、脅威機が3km以内にいることを検知すると、離発着場所へ戻る

機器構成
QZSS Receiver
及びフライトコントローラ（機体内部）

助成枠（※３）で開発の小型アンテナ

QZSS
Receiver

TabletPC
QZSS
Receiver（ＭＳＪ製）• Quasi-Zenith Satellite System（ＭＳＪ製）

Logging
920MHz
Radio
Modem

位置情報
送信

フライトコントローラ
920MHzRadio
Modem

相対距離（水平面内）（小型無人航空機と有人航空機）

経度方向の相対距離（小型無人航空機と有人航空機）

緯度方向の相対距離（小型無人航空機と有人航空機）

有人航空機の速度
小型無人航空機の速度

UTC時間（時：分：秒）（ＡＣＳＬ製）※３：無人航空機の衝突回避技術の開発／衝突回避システムの小型化・低消費電力化

有人航空機が、3km以内に入ったことを検知⇒ 小型無人航空機は回避飛行開始

速度（km/h）

探知機（小型無人航空機）

脅威機（有人航空機）相対距離（水平面内）（m）

QZSSアンテナ

13

５ 研究開発成果の詳細（５）離島対応の運航管理機能の技術開発・実証（１／２）
離島対応の運航管理機能と小型化・低消費電力化の衝突回避技術を搭載した小型無人航空機及び運航管理統合機能の機能拡張とを接続し、自律的な衝突回避を行う実環境での飛行実証において、飛行計画の申請や飛行情報の共有等の基本機能が設計どおりに機能することを確認した。
■試験実施概要

有人航空機
150km／h■実環境での飛行実証の試験結果（例）① 申請した飛行計画が、運航管理統合機能（機能拡張）に承認され、管理画面に表示されることを確認した。
② また、自律的な衝突回避を含む小型無人航空機飛行中のテレメトリ・データを運航管理統合機能（機能拡張）に送信可能なことを確認した。

相対速度200km/h
で自律的な衝突回避

小型無人航空機
50km／h
接続フローの一例

小型化・低消費電力化搭載
小型無人航空機
機体
飛行計画申請のフロー

地上局
飛行計画の申請

テレメトリ・データ送信のフローテレメトリの送信

離島対応の運航管理機能

運航管理統合機能（機能拡張）

運航管理統合機能（機能拡張）実表示画面
2 回避完了飛行計画の受信飛行計画の申請

復帰完了

1
3

2

回避開始

飛行計画の受信1

テレメトリの受信

テレメトリの送信

飛行計画の検証
テレメトリの受信
テレメトリの送信

テレメトリの受信
飛行状態の管理：有人航空機の航跡（別途追加）：小型無人航空機の航跡（別途追加）：小型無人航空機の飛行計画（FIMS画面表示）

14

５ 研究開発成果の詳細（５）離島対応の運航管理機能の技術開発・実証（２／２）
無人航空機とのC２リンクが途絶した状況下においても、離島対応の運航管理機能により、自律的な衝突回避経路を含む無人航空機の飛行範囲を予想し、運航管理統合機能（機能拡張）へ提供することにより、小型化・低消費電力化の衝突回避技術を搭載した無人航空機が運航管理された状態で、より安全に飛行を継続できることを確認した。
■試験実施概要

接続フローの一例

有人航空機

小型無人航空機

小型化・低消費電力化搭載
小型無人航空機機体

地上局

テレメトリの送信

テレメトリの受信
テレメトリの送信

C2リンク途絶後の無人航空機の位置を予想し、共有する。

離島対応の運航管理機能

運航管理統合機能（機能拡張）

C2リンク途絶模擬
テレメトリ受信停止
入力
C2リンク途絶直前の無人航空機の飛行情報（位置・速度など）

飛行シミュレーション実施

小型無人航空機用
地上局

離島対応の運航管理機能

一定周期で予想存在範囲を出力

運航管理統合機能（機能拡張）■実環境での飛行実証の試験結果
運航管理統合機能（機能拡張）実表示画面

衝突回避完了2分後から5分後までの自機の予想存在範囲

予想存在範囲の受信

他機とのコンフリクト確認■シミュレーション結果■凡例
衝突回避完了1分後から4分後までの自機の予想存在範囲

衝突回避完了から3分後までの自機の予想存在範囲:有人航空機経路:自機経路:予想存在範囲

15

５ 研究開発成果の詳細（６）標準化に関する検討
衝突回避技術の研究開発成果を踏まえ、無人航空機の衝突回避技術や衝突回避技術に用いるセンサに関する標準化活動に取り組んだ。
作業項目

成果

① 無人航空機の衝突回避技術に関する標準化提案• ISO（International Organization for Standardization）／TC（TechnicalCommittee）20（Aircraft and Space Vehicles）／SC（Sub Committee）
16（Unmanned Aircraft Systems）において、衝突回避技術の内容を「Operational procedures」（ISO21384-3）に入れ込み、CD （CommitteeDraft）として標準化した。
• 「CONOPS」（ISO21384-3）は、2021年10月にCD Ballotを開始し、12月15日に承認された。
• UTM（UAS Traffic Management）との接続の標準化については、既存文書「UTM
functional structure」（ISO23629-5）に対するコメントとして、衝突回避技術の内容を入れ込んだ。
• この文書は、現在DIS（Draft International Standard）の投票中である。

② 衝突回避技術用センサに関する標準化の調査検討• ISO／TC20／SC16において、「Operational procedures」（ISO21384-3）の衝突回避のステップを具現化するためのDAA systemに関する標準化として、「ISO／NP
15964：Detection and Avoidance System for Unmanned Aircraft
Systems」のNP（New work item Proposal）提案を取りまとめた。
• このNP提案の投票期間は2022年1月5日～4月8日で、提案は日中共同（デュアルリーダ）。

③ 標準化活動に向けた実証試験の実施• 小型化・低消費電力化の衝突回避技術と「無人航空機のエネルギーマネジメントに関する研究開発」に関連するバッテリを小型無人航空機に搭載して標準化を見据えた実証実験を実施した。

16

６ 研究開発成果のまとめ①小型化・低消費電力化の「衝突回避システム」、「準天頂衛星システム」を活用した飛行実証試験及び②「運航管理統合機能の機能拡張に関する研究開発」との接続性を確保した離島対応運航管理機能の開発、並びに③衝突回避技術の標準化に関する検討に取り組み、本研究開発の目標を達成した。
本成果が離島間物流などの無人航空機に活用され、省エネルギー化の実現に貢献することを期待する。

17

６ 研究開発成果のまとめ

有人ヘリコプター（衝突回避対象）

小型無人航空機