【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】
準天頂衛星システムに対応した受信機、アンテナの小型化・低消費電力化の研究開発
Magellan Systems Japan, Inc.
20 th of May, 2022

助成事業の概要「平成29年度 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」で開発した準天頂衛星対応高精度多周波マルチGNSS受信機を元に、デジタルベースバンド部のASIC化を行う。更にアンテナの小型・軽量化を行い、性能は維持しつつシステム全体として小型・軽量、低消費電力化を行う。
加えて、当該受信機とアンテナを小型無人航空機に搭載し、協調式SAAによる衝突回避技術の開発を行い、福島県のロボットフィールド等で飛行試験を実施する。

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2020年度の研究開発の日程（研究開発の計画は緑実線、実績は青実線）

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2021年度の研究開発の日程（研究開発の計画は緑実線、実績は青実線）
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研究開発の実績と成果：BB（ベースバンド）部LSI化
仕様及びブロック図、各種機能を策定し、RTLコーディングを行った。コーディングされたRTLを、外注先へ提出し、ABB（Adaptive Body Bias）部のRTLと共に論理合成ツールを用いてネットリスト（論理合成後のゲートレベルの回路）を作成。
仕様の概略は以下の通り。
・538 tracking channels capable process the following signals:- GPS - L1 C/A, L1P, L1C (P, D), L2P, L2C (CM, CL), L5 (I, Q)- QZSS - L1 C/A, L1 C/B, L1C (P, D), L2C (CM, CL), L5 (I, Q), L6 (D, E)- GLONASS- L1 C/A, L1P, L2 C/A, L2P- Galileo - E1 (B, C), E5a (I, Q), E5b (I, Q), E5- BeiDou - B1I, B2I, B3I, B1C (Data, Pilot), B2a (Data, Pilot)- SBAS - L1 C/A, L5 (I, Q)- IRNSS - L5 (I, Q)

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研究開発の実績と成果：評価ボードの製作
RTL設計やFW設計、評価において、RF部に問題が生じるリスクを低減する目的で、下記のRF部が異なる２種類の評価ボードの回路設計及び、基板レイアウト設計、製造を実施。（デジタル部の回路やレイアウトはほぼ共通）

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研究開発の実績と成果：評価ボードの製作

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研究開発の実績と成果：小型モジュール
設計したBB ASICを元に受信機の基板サイズ12.5cm2以下で基板レイアウト設計完了。
基板レイアウトは以下の通り。
・面積：3.06 cm × 4.06 cm＝12.4236cm2 ⇒ 目標値 12.5cm2以下をクリア

Bottom View

Top View
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研究開発の実績と成果：小型モジュール

BB ASICは2022年1月5日に1st ES品を入手したが、半導体不足による影響が生じ、電子部品のみならず、基板の材料（基材）も長納期で入手難になっており、本事業内で小型モジュールの製造まで達成することが出来なかった。
現在の予測では、2022年5月末頃に製造着手できる見込みであるが、部材の入手状況によっては部品変更（回路設計変更）や上記レイアウトの変更を行い、早期に製造着手できるように対処予定。

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研究開発の実績と成果：専用F/W開発・評価
準天頂衛星のセンチメータ級測位補強サービス（CLAS）では、測位精度のより安定したサービスを提供することを目的に、 2020年11月30日から補強対象衛星数を最大11機から17機へと拡大された。これに対応したF/Wの開発を行い、補強対象衛星数11機の場合と17基の場合の精度の比較評価を実施。

24時間連続測位の精度結果とプロット
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研究開発の実績と成果：アンテナ小型化
アンテナサイズは65mm×65mm×25.4mmとなり、目標としたアンテナサイズ59mm×59mm×33mm以下を体積ベースでクリアした。

サイズ

目標

実績

59mm×59mm×33mm以下

65mm×65mm×25.4mm（参考：132g）

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体積判定

114,873 mm3－

107,315 mm3達成

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研究開発の実績と成果：アンテナ小型化

外観（3Dプリンタにて製作）

外形図

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研究開発の実績と成果：アンテナ小型化

L5 帯

L2 帯

L6 帯

CF=1250MHz
CF=1240MHz

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研究開発の実績と成果：アンテナ小型化
ハイバンド（L1帯）放射パターン

Lower Band
Fc

1250 MHzローバンド（L2、L5、L6帯）放射パターン

Axial Ratio[dB]1160-1300MHz

1559-1610MHz

0.99 to 2.15

1.40 to 2.72

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研究開発の実績と成果：アンテナ小型化：静止時の測位精度評価
小型アンテナと既存受信機（受信機サイズ：43mm×59mm）の組合わせで、静止状態での測位性能を評価した。準天頂衛星システムのセンチメータ級測位補強サービス（CLAS）の静止時の測位精度仕様は以下の通り。
種別

静止

測位誤差
水平

垂直

≦6cm(95%)(3.47cm (RMS))≦12cm(95%)(6.13cm (RMS))

CLAS測位精度評価結果まとめ（静止）
測位評価結果
種別

静止

水平垂直

2.13cm (RMS)

3.39cm (RMS)

評価結果から、小型アンテナと既存受信機との組み合わせにて、静止でのCLAS測位精度仕様を満たすことを実証した。
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研究開発の実績と成果：アンテナ小型化：静止時の測位精度評価

定点観測時間

3600sec

Fix率

100％

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研究開発の実績と成果：アンテナ小型化：移動体での測位精度評価
評価内容
予め設定された飛行パターンで飛行を7回行った。
評価としては7回飛行時のCLAS測位時のFix率と、RTK測位との精度比較検証を行った。
小型無人航空機飛行パターンは以下の通り。
最高飛行速度 50km/h（直進飛行）
回避飛行（高度を下げながら旋回）
離陸地点に帰還

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種別
移動体

測位誤差
水平垂直
≦12cm(95%)≦24cm(95%)(6.94cm(12.25cm(RMS))(RMS))

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研究開発の実績と成果：アンテナ小型化：移動体での測位精度評価
機器構成
小型無人航空機（ACSL製PF2）に搭載する機器を以下に示す。
RTK測位との精度比較を行うために、RTK基地局（Base）を地上に設置した。
小型無人航空機には2台のGNSS受信機を搭載し、一方はCLAS測位、他方はRTK基地局からの補正情報（RTCM）を受信し、RTK測位を行う。RTCMは特定小電力無線を用いて送受信した。

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Magellan Systems Japan Confidential研究開発の実績と成果：アンテナ小型化：移動体での測位精度評価
評価結果
計7回の飛行を行い、飛行時間内でのCLAS測位のFix率を算出した。
結果は以下の通り。
1234567Total

飛行時間[sec]

1902752461271401791101267

Fix率 [%]

1001001001001001009799.74

計7回の飛行試験におけるCLAS測位のFix率（時間比）は99.74%となった。
これは、定点観測のFix率と同等であり、離着陸、時速50km/hでの飛行、回避飛行によるFix率への影響がないことを実証した。

次に、計7回の飛行のうち、7回目の飛行でのCLAS測位とRTK測位の精度比較を行った。
50km/hでの飛行及び旋回飛行が含まれる区間のみを抽出し、RTK測位結果を真値として比較を行った。

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研究開発の実績と成果：アンテナ小型化：移動体での測位精度評価
高度精度比較

水平精度比較

種別
移動体

測位評価結果水平垂直

4.17cm (RMS)

3.75cm (RMS)

評価結果から、小型アンテナと既存受信機との組み合わせにて、移動体でのCLAS測位精度仕様を満たすことを実証した。

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協調式SAAによる衝突回避技術の開発・目標

開発した受信機とアンテナを小型無人航空機に搭載し、協調式SAAによる衝突回避技術の開発を行い、福島県のロボットフィールド等で飛行試験を行う。

・実績
受信機の小型化が電子部品不足の為に間に合わず、既存の4.3cm×5.9cmの受信機を使用。アンテナは前述の新規小型アンテナを使用し、小型無人航空機に搭載。
協調式SAAによる衝突回避の飛行試験を委託枠（注1）で実施した。
（注1）委託枠の名称
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）
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Magellan Systems Japan Confidentialご清聴、有難う御座いました。

Thank you for your kindattention !

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