ドローン大辞典
GNSS|用語解説|ドローン大辞典
概要
GNSS(Global Navigation Satellite System)は、人工衛星を利用して地上の位置情報を高精度に測定する全球測位衛星システムの総称である。
ドローンにおいては、位置制御、航路保持、自動帰還(RTH)、測量精度の確保など、運航の基盤となる技術として不可欠である。
代表的なGNSSには、アメリカのGPS、ロシアのGLONASS、欧州のGalileo、日本の準天頂衛星システム(みちびき/QZSS)などがあり、複数の衛星信号を併用することで安定した測位が可能となる。
定義と仕組み
GNSSとは、地球上の任意の地点における緯度・経度・高度を算出するために、複数の衛星から送信される電波信号を受信・解析するシステムである。
ドローンの機体にはGNSS受信機が搭載されており、最低4個以上の人工衛星からの信号を同時に受信することで、リアルタイムに自機位置を算出する。
この情報は、フライトコントロールシステム(FCU)を通じて姿勢制御や航路維持、自動飛行プログラムの実行に利用される。
ドローン運用における役割
GNSSは、ドローンの安定飛行と安全運航を支える主要なセンサー技術であり、次のような運用機能に用いられる。
位置保持:ホバリング中の位置保持(Position Hold)
自動飛行:事前に設定した経路を自動で飛行するウェイポイント機能。自動操縦では高精度なGNSS測位が必要であり、精度が悪化すると実際の飛行経路の誤差が大きくなる
測量精度:RTK(Real Time Kinematic)などの測位方式を使用することで、数cm~数mレベルの高い測量精度が得られる
GNSS信号の精度はこれらの機能の信頼性に直結しており、目視外飛行に必要な機体位置の把握の根幹を担う。
注意点と運用上の留意事項
GNSSは高精度である一方、環境要因の影響を受けやすい。
高層建物や樹木による遮蔽(マルチパス干渉)、強い電磁波、無線干渉、衛星配置の不均衡、GNSS衛星の時計の精度などが測位精度に影響を及ぼす。
飛行前確認:操縦者は、飛行前にGNSS受信状態を確認し、特に重要性の高い磁気キャリブレーションを飛行場所に合わせて適切に行うことが求められる。キャリブレーションが不十分だと、機体が意図しない方向へ飛行する危険がある。
緊急時対応:カテゴリーⅡ・Ⅲ飛行や目視外飛行では、GNSS機能が喪失した際に、操縦者がGNSS機能を利用しない手動操作によって、安定したホバリングや着陸ができる能力を有していることが必須要件とされる。
安全設計:リスク評価ガイドラインでは、GNSS信号の機能低下が発生した場合に、運航手順(OSO#11)や機体設計(OSO#12)において、適切なフェールセーフや対応手順が整備されていることが要求される。
関連技術と制度
日本では、準天頂衛星システム「みちびき」(QZSS)など、複数のGNSSを併用することで安定した測位が可能となる。
準天頂衛星システムによる高精度測位補強は、産業用ドローンの自律飛行・測量精度向上に寄与している。
国土交通省のリスク評価ガイドラインでは、GNSSの利用およびその機能低下について、以下のような安全目標(OSO)を求めている。
外部システムの劣化への対処手順(OSO#11):GNSSの受信機能低下などの外部システムの劣化モードを検出する手段や、劣化が検出された場合の対処手順(手動制御への切り替え等)が運用手順として整備されていること
安全設計(OSO#12):GNSSの機能低下が生じた場合でも、制御不能や想定飛行範囲からの逸脱を生じないように、無人航空機システムが設計されていること
関連用語
関連用語:フェールセーフ/プリフライトチェック/リモートID/ウェイポイント/カテゴリーⅡ/目視外飛行/DIPS2.0/航空法/ロバスト性/フライトコントロールシステム