Among the various types of aircrafts, helicopters have advantages in operating conditions such as narrow landing/take‐off areas and the capability of hovering. However, helicopters flying at a low operating altitude with visual flight operations sometimes cause accidents even in fair weather conditions. To reduce these accidents, on‐board collision avoidance systems which enable the detection of obstacles have been attracting wide interest. The millimeter‐wave radar is the one of the suitable sensor devices with weather robustness and high‐sensitivity. 

We have been developing a 76 GHz millimeter‐wave radar system for helicopter obstacle detection, especially aiming to detect high‐voltage power lines. The following three topics are included our research projects.

1. Improvement of the detection performance or the 76 GHz obstacle detection millimeter‐wave radar system.

2. Investigation of radar antenna characteristics for helicopter obstacle detection.

3. Helicopter flight experiments of 76 GHz millimeter‐wave obstacle detection millimeter wave radar system.

ヘリコプタ衝突防止用ミリ波レーダシステムHelicopter Collision Avoidance Millimeter‐Wave Radar System

Power pylon

Power pylon

Power lines

Millimeter-waveradar

航空機の中でも比較的低高度を有視界飛行するヘリコプタの場合、気象や周囲構造物の影響で障害物等の発見に支障が生じ、事故等の危険な状況が発生する恐れがあります。障害物等を事前に察知し、周囲を監視するために操縦者を支援するシステムとして、可視・赤外カメラやレーダ等の様々なセンサを組み合わせたシステムの研究がこれまで行われています。さらに、送電線鉄塔等の障害物データベースと自機位置のGPS情報に基づき接近警報を発生するシステムも検討されています。

本研究の目的は、これまでの研究で得られたミリ波レーダ技術を中心とした監視システムに関する成果を活用し、運用者側のニーズに沿った性能および機能を有する周辺状況監視システムを実現することです。機体周辺に障害物等が存在し、接触・衝突事故等の危険性が高い低高度飛行時においてパイロットの状況認識を補助できる機能を有する監視システムの開発を目指しており、次の3項目について研究を行っています。

（1）76 GHzミリ波レーダシステムについて、抽出した課題から探知性能向上のための研究を行う。（2）従来のミリ波レーダでは、ビーム照射範囲が限られる

ため機体のわずかの動揺で受信信号強度が大幅に変化する課題があったため、ビーム走査方式を改善する。（3）ヘリコプタ実機試験等を行い、ミリ波レーダシステムの実証実験を行う。

Overview of the experimental helicopter with the millimeter‐wave radar. Example of detection results at the flight experiment. 

Overview of the millimeter‐wave radarfor the flight experiment.

Location of the power lines and pylons.Newly developed millimeter‐wave radar system.

CFRP parabolicreflector

Pitch active stabilizer

76 GHz millimeter-wave radar

Millimeter-wave radar

Target area (500 kV power line)

Flight path

Detected targets (Small yellow dot)

Power pylons(Green dot )

Mt. Daibosatsu

The part of this work is carried out by the collaboration research with Japan Aerospace exploration agency (JAXA) and Hokkaido Broadcasting Co., Ltd (HBC).

1. Research and development of a real‐time all‐around obstacle detection radar system, which has almost 200 m detection range, based on multiple‐input and multiple‐output (MIMO) technology.

2. Development of a high‐speed antenna beam scanning method using a digital beam foaming technology.

3. Flight experiments of a real‐time all‐around obstacle detection radar system using a actual helicopter of a drone.

ヘリコプタ全周監視支援システムHelicopter All‐Around Obstacle Detection System

本研究の目的は、ヘリコプタの運航安全に資するため、これまでの研究成果を踏まえ、ヘリコプタ運用者側のニーズに沿った性能および機能を有する航空機周辺状況監視システムを研究開発することです。低高度においてヘリコプタの機体周辺の全周を監視することで、パイロットの死角を減少させ、障害物認知度を向上するシステムの開発を目指しており、次の3項目について研究を行っています。

The purpose of the research is to develop a collision avoidance system for helicopter pilots or operators based on the previous research results. We have been developing the forward looking 76 GHz low‐transmitting power millimeter‐wave radar system. 

In addition to that, the utilization of the millimeter‐wave system is proposed for the all‐around obstacle detection, which reduce the blind area. The following three topics are included in our research projects.

Comparison of forward obstacle detection and all‐around obstacle detection.

Functional concept of all‐around detection sensor. 

Overview of the 24 GHz quasi millimeter‐wave radar module.

Test system of all‐around obstacle detection systembased on a multi‐rotor helicopter. 

0 10 20 30 40 50

-100

-80

-60

-40

Distance (m)

Am

plitu

de (

dBm

)

5 m10 m20 mFourth powerattenuation

Transmitting and receiving antenna

24 GHz quasi millimeter-wave radar modules

Feasibility test of the functional concept.