低高度ドローン経済の成長に伴い、UAVは夜間飛行が増えており、産業検査やセキュリティ監視から物流や緊急対応まで、幅広い業務を遂行しています。しかし、カメラ、赤外線システム、LiDARといった従来の視覚センサーは、低照度環境において大きな課題に直面しています。これらのシステムは、低照度環境や複雑な都市環境において、障害物を検知したり、安全に航行したりすることができないことが多々あります。
このような場合、77GHzミリ波（mmWave）レーダーは、周囲の光に左右されずに正確な距離、速度、角度情報を提供できる重要な技術となります。LinpowaveのmmWaveレーダーソリューションは、産業検査、太陽光発電所の監視、都市部の低高度物流、緊急サービスなどに利用されており、夜間運用における実用的な信頼性と安全性の向上を実証しています。
夜間ドローン飛行の主な課題
大型商用航空機は夜間にミリ波レーダーを必ずしも必要とせず、包括的な航法、地形認識、衝突回避（TCAS）、気象レーダーに頼っていますが、低高度ドローンは特有の脅威に直面しています。人口密集地域など、地表近くを飛行するため、視覚センサーの限界は衝突につながる可能性があります。そのため、ミリ波レーダーは、FAAの夜間運用およびPart 107ガイドライン（ FAA ）に準拠した低高度UAVの夜間運用において、徐々に不可欠なセンサーとなってきました。
3つの基本的な視覚的盲点
1. 低光量盲点：想像できるほどの光子が足りない
カメラが正確な画像を撮影するには、十分な照明が必要です。極端に暗い環境では、信号対雑音比が低下し、特徴点の消失、深度推定エラー、障害物検知の失敗といった問題が生じます。LiDARは作動中も、光子反射の低下や多重反射によって性能が低下する可能性があります。MITの研究によると、ミリ波レーダーは完全に暗い屋内環境でも安定した測位が可能で、ドローンは失われた視覚情報を補うことができます。
レーダーを搭載していないドローンは、電線や木の枝などの細い障害物に衝突する危険性があります。JOUAV CW-15のような商用UAVは、ミリ波レーダーと視覚センサーを融合させることで、安定した夜間点検飛行を実現しています（ JOUAVナイトビジョンドローンガイド）。
2. 悪天候による死角には、霧、雨、雪などがあります。
霧、雨、雪は光を散乱または吸収するため、視覚センサーの有効範囲と精度が制限されます。カメラはぼやけた画像やコントラストの低い画像を生成する可能性があり、LiDARレーザーは雨滴からの誤ったエコーを生成する可能性があります。ミリ波レーダーは、これらの条件でも最小限の減衰で透過できる波長（3～10 mm）で動作するため、激しい降雨時でも安定した検知が可能です。例えば、TIの76～81 GHzレーダー製品は、悪天候下でも高解像度の検知が実証されています（ TI mmWaveレーダー）。
レーダーがなければ、ドローンは距離を誤判断したり、障害物を検知できなかったり、予定の経路から逸脱したりして、都市部の夜間物流や緊急対応活動において任務の失敗や事故につながる可能性があります。
3. ほこり、煙、微粒子に対する死角
煙、塵、砂粒は光学的な光路を妨害し、画像がぼやけたり、完全に見えなくなったりすることがあります。砂嵐や工業地帯では、視覚センサーが背景とターゲットを区別するのが困難になる場合があります。ミリ波レーダーは、周波数シフトとドップラー信号を分析するFMCW（周波数変調連続波）原理を用いて複数の物体を検出し、粒子状物質が介在する場合でも効果的な障害物追跡を可能にします。回転翼航空機の運用に使用されるDVEPSなどの軍事システムは、ミリ波レーダーと長波赤外線を組み合わせて3D地形マップを作成し、ブラウンアウト（信号出力低下）時の着陸事故を回避しています（EASA UAV Safety Assessment）。
Foxtech の 24GHz ソリューションなどの商用 mmWave レーダー製品は、ほこりの多い環境でも高リフレッシュ レート (50Hz+) で動作し、低遅延の障害物回避を可能にします。
夜間飛行におけるミリ波レーダーの主な利点
アクティブセンシングは周囲の光に左右されないため、完全な暗闇でも安全に操作できます。
強力な貫通能力: 煙、霧、雨、雪の中でも障害物を認識します。
速度測定: 動的な障害物回避のための正確な相対速度データを提供します。
高解像度とリフレッシュ レートにより、リアルタイムのパス プランニングと迅速な衝突対応がサポートされます。
産業グレードのミリ波レーダーは、夜間、低照度環境、あるいは複雑な環境で運用されるUAVの標準センサーレイヤーとして、ますます広く受け入れられつつあります。詳細な仕様と用途については、Linpowaveの製品ページをご覧ください。
センサー フュージョンは、夜間の UAV ナビゲーションのためのエンジニアリング ソリューションです。
視覚センサー、ミリ波レーダー、IMU/GNSSを組み合わせることで、ドローンは一貫した状況認識を維持できます。視覚は意味情報とテクスチャ情報を、レーダーは幾何学的構造と相対速度を、IMU/GNSSは空間および時間的な参照情報を提供します。これらのデータストリームを適切な時間的・空間的アライメントで統合することで、障害物検知能力が向上し、誤検知が低減し、暗い都市環境、工業地帯、緊急事態などにおいても安定した自律飛行が可能になります。
よくある質問（FAQ）
ドローンは視覚センサーのみを使用して夜間飛行できますか?
はい、制御された条件下では可能ですが、霧、煙、または完全な暗闇ではリスクが増大します。ミリ波レーダーを用いたセンサーフュージョンを強く推奨します。
mmWaveレーダーは霧や雨を透過できますか？
可視光と比較すると、mmWave レーダーは霧や雨の中でも減衰が最小限に抑えられ、安定した反射が得られます。パフォーマンスは周波数、帯域幅、アンテナ設計によって決まります。
赤外線カメラは mmWave レーダーの代わりに使用できますか?
赤外線は低照度環境における視認性を向上させますが、煙や熱コントラストの影響を受けます。ミリ波レーダーのように速度や形状のデータを直接提供することはできません。
mmWave レーダーだけで障害物検知は可能でしょうか?
視覚は、基本的な回避行動に加えて、意味的なコンテキストを提供します。レーダーと視覚の融合は、堅牢なパフォーマンスを実現するために、現代のシステムで使用されています。
mmWave レーダーを組み込むと UAV はより複雑になりますか?
最新の 77 GHz レーダー モジュールは軽量、低消費電力、高度に統合されており、商用 UAV プラットフォームに適しています。