平凡社 世界大百科事典

ソナー

sound navigation and ranging(音響航法と測距)の略。ソーナーとも表記する。広い意味では航海,通信,水中標的の測位などに水中音波を利用する方式とそのための機器の総称である。同種の目的に光,電波なども用いられるが,水中での減衰が大きく,比較的近距離でしか使用されない。水中での通信に音波が有用であることは,レオナルド・ダ・ビンチの記録(1490)にその示唆がみられるように,経験的には古くから知られていた。タイタニック号事件(1912)を契機として,航海の安全を保つため水中障害物を発見し,障害物までの距離を測定する機器の開発が開始され,第1次世界大戦において潜水艦を捜索する手段として発達が促進された。その後,第2次世界大戦をへて改善,進歩が続けられ今日に至っているが,現在でもソナーのおもな目的の一つは対潜水艦用にある。

ソナーの原理と種類

ソナーの方式を大別すると,アクティブソナーとパッシブソナーの二つになる。アクティブソナーは水中にパルス信号音を発射し,標的からの反射音を受信して,反射音の方向ともどってくるまでの時間から標的の方向と距離を測定するものである。この方式のものとしては,魚群探知機,音響測深器,潜水艦および機雷探知用ソナー,海底などの形状を知るサイドルッキングソナーなどがある。パッシブソナーは水中聴音機とも呼ばれ,自分からは信号音を発射せず,船などから水中に出る音を聞いてその存在や方向を知るもので,おもに潜水艦捜索探知に用いられる。このほか特殊なものとして,水中電話や水中音響ビーコンなどが実用化されている。本項目では以下で対潜水艦用ソナーについて解説する。魚群探知機についてはその項目を,音響測深器,サイドルッキングソナーについては〈測深器〉の項目を参照されたい。

対潜水艦用ソナー

対潜水艦用ソナーは第2次大戦まではそのほとんどが水上艦艇の艦底に突出する形で装備されていた。近年潜水艦の速力,潜航深度,航続距離が増大し,搭載するミサイル等の攻撃兵器が進歩したことにより,これに対抗するためソナーの形式,用法,性能も大きく変化してきた。ソナーは水上艦艇以外にも航空機(固定翼機,ヘリコプター),潜水艦,海底等に装備設置されるようになり,ソナーからの情報も一ヵ所に集約され,総合的に分析されるようになってきた。これと並行してソナーそのものの形式や用法も大きく変化している。潜水艦探知のうえからアクティブソナーとパッシブソナーを比較すると,アクティブソナーは潜水艦の位置(方位,距離)が正確に得られるが,反面その発射信号音が相手側に聞かれ,捜索活動を察知される欠点をもっている。一方,パッシブソナーは位置の測定精度は劣るが,相手に捜索をさとられない利点をもつため,近年重要性が高まっている。また,従来の艦艇装備に加えて,曳航式,つり下げ式,ブイ形式(ソノブイ),固定式が出現し,アクティブソナー,パッシブソナーとも規模はより大きくなった(図1)。また周波数が低くなると信号はより遠方まで到達するので,使用する信号音の周波数はより低い領域に移りつつある。

 ソナーによって潜水艦を探知するためにはさまざまな技術を必要とするが,その主要なものに次の二つがあげられる。(1)海洋音響特性 地上での光や電波に比べ,海中での音ははるかに複雑な伝わり方をし,場所,季節などで変化する。このため,海域の音響的性質を調査することが重要となり,この目的のために海洋観測船を持つ海軍が多くなっている(図2)。(2)目標類別技術 ソナーで潜水艦の探知を確認するには,アクティブソナーでは海面,海底,魚群などからの紛らわしい反響音を,パッシブソナーでは船舶から発する水中音のなかから潜水艦の音を,区別して取り出し確認する必要がある(これを目標類別という)。

 パッシブソナーの場合,艦船の航走音の音色を調べるため,まずこれを目で見えるようにする。このためには音を狭帯域周波数分析し,その結果を記録紙の上に描き出す。これを通常,音紋と呼び,パターン認識によりこの音紋の特徴をとらえ目標類別を行う。このためにはあらかじめ多くの艦船の航走音を集収分類しておく必要がある。

漆原 清
図1~図2
図1~図2