受動 / 能動ソナー — 何を聞き、どう測るか

受動は target radiated sound を聞く

受動ソナーは、対象が自分で出している音を使います。船の機械音、プロペラ音、海洋生物の発声、流体雑音などが対象です。こちらは自分では送信しないので、送信由来の位置露出を避けたい監視 や、環境音の継続観測と相性が良いです。

ただし、対象が静かな場合、受動では検出が困難になります。単独のハイドロフォンだけでは距離を直接出しにくい、という弱点もあります。

第 2 章から第 3 章への橋渡し

第 2 章では音速・波長・往復時間という 音響物理の基礎 を整理しました。距離 = c × t / 2 という基本式は、音が 送信機 → 目標 → 受信機 という経路を辿る場合に成り立ちます。本章ではこの経路の取り方が受動と能動で異なる点に注目します。受動では 目標 → 受信機 の片道、能動では 送信機 → 目標 → 受信機 の往復経路となるため、伝搬損失 (TL) を 1 回分扱うか 2 回分扱うかが変わります。第 4 章で SNR 式に TL と 2TL が出てくる根拠が、ここから決まります。

モノスタティック / バイスタティックの定義

能動ソナーは、送信機と受信機の配置によって 2 種類に分類されます。

• モノスタティック (monostatic): 送信機と受信機がほぼ同じ位置にある構成。船底のソナーや echosounder のように、自分が出した ping の echo を自分で聞く形態が代表例です。
• バイスタティック (bistatic): 送信機と受信機が離れた位置にある構成。離れた送受信点を使うことで、対象の位置を別の幾何で推定できますが、同期や較正が必要になります。

本講座の SNR 式や TL の扱いは、特に断らない限りモノスタティック構成を前提にしています。

能動は echo を見る

能動ソナーは自分で ping を出し、その反射を聞きます。ここでは TS (Target Strength) が効いてきます。TS は、対象がどれだけ音をソナー側へ返しやすいかを表す量です。反射が強い対象ほど、echo を拾いやすくなります。

能動の基礎式に 2TL が出るのは、音が 往路 と 復路 の 2 回、伝搬損失を受けるからです。受動は対象 → 受信機の片道なので、まず 1 回分の TL を考えます。

何が分かりやすくて、何が分かりにくいか

単純化すると、能動は距離が分かりやすい、受動は非送信監視がしやすい。これが入門のまとめです。もちろん実際には、アレイ処理・追尾・周波数分析・複数受信点などで両者とも多くの情報を引き出せますが、最初はこの違いだけで十分です。

この章で持ち帰ること

• 受動は対象が出す音を聞き、能動は ping の echo を使う。
• TS が直接前面に出るのは、反射を扱う能動ソナーである。
• 能動は 2TL、受動はまず 1 回ぶんの TL を意識する。