CEA-Leti、屋内ドローン検出を改善するウルトラワイドバンドアプローチ

February, 25, 2025, Paris--CEA-Letiのリサーチエンジニア、Christophe Villenは、室内でドローンを発見するより正確な方法を開発した。革新的なアプローチは、レーダとUWBビーコンを統合したもので、IPIN 2024会議で賞を獲得した。

衛星信号がない場合に、ドローンなどの移動物体を建物内で位置特定するために最も広く使用されている手法の1つは、超広帯域(UWB)ビーコンを地上に配置することである。無線機器を装備した飛行装置は、これらのビーコンを目印にしてその位置を把握する。

「しかし、たとえば倉庫では、ラックなどの障害物によって無線信号が妨害される可能性がある」と、CEA-Letiの信号処理研究者Christophe Villienは話している。「さらに、ドローンがビーコンで覆われたエリアから離れると、位置の精度が低下する。これは精度の幾何学的希薄化と呼ばれる。」
しかし、ドローンが空中に上昇すると、常に地上にあるこれらのランドマークから離れる傾向がある。

UWBラジオからレーダーまで
これらの制限を克服するために、Christophe Villienは屋内の場所の新しい方法に取り組んだ。「この研究は、倉庫の在庫管理や航空機のキャビンの3D検査にドローンを提供する産業企業の実際のユースケースに触発されている」と同氏は付け加えている。

同氏のアイデアは、機器を変更することなく、すでに設置されている機器から提供されるデータを使用して、ドローンの位置の精度を向上させることである。この目的のために、Christophe Villienは、UWB無線アンテナの主要な機能をデバイスから転用した。

「これらは、地面のマーカーからの距離という単一の値を提供するように設計されている。しかし、実際には、回路内にはるかに豊富な情報がある。通常、このデータセットは距離を提供する目的で処理されるが、直接活用して、周囲の物体の信号とそのエコーを測定することもできる」と同氏は説明している。

これらの障害物までの距離をレーダーのように評価することを可能にする解析。

レーダー+UWBビーコンの連携
しかし、このアプローチは大きな困難に直面する:多数のエコーを受けるからである。

「われわれの目的は、既知の固定された障害物に関連してドローンを特定することである。したがって、エコーを分類し、関心のあるものだけを保持する必要がある。これを行うために、レーダー技術を地上ビーコンから測定された距離に組み合わせて、航空機の位置を共同で推定する」(Christophe Villien)。
これら2つの方法の組み合わせにより、位置の精度と堅牢性が大幅に向上し、たとえば、フィールドテストでは平均垂直誤差が40cmになった(UWBビーコンのみでは96.4cm)。

これらの結果は、IPIN(Indoor Positioning & Indoor Navigation)コミュニティの注目を集めた。Christophe Villienは、2024年10月に香港(中国)で開催された第14回国際会議で自身の研究を発表し、「最優秀論文賞」の4位を受賞した。

開発された方法は、特に最初に対象とされた産業用途に対応しているが、Christophe Villienは新しい視点を構想している。

「われわれは同じ構成要素をベースにした論文を提案したが、地上のUWBビーコンから完全に解放することを目的としている。そうなると、特にAIの導入により、環境の定位と再構築のためのエコー解析のみが問題になる。これは、例えば、建物内の兵士に貴重な情報を提供することにより、軍事分野で使用される可能性がある」とChristophe Villienは話している。