【コラム】

軍事とIT

199 ソナー(3)パッシブ・ソナーの構造に関する基本

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前回にアクティブ・ソナーの話をしたので、今回はパッシブ・ソナーを取り上げるのが自然な流れだろう。パッシブ・ソナーは受聴専用だから、トランスデューサーではなくハイドロフォンと呼ぶのが普通だ。なお、アクティブ・ソナーのトランスデューサーを受聴用に使うこともできるが、その話はおいておく。

側面アレイ

船体、あるいはソナー・ドームの側面にパッシブ・ソナーを取り付ける形態がある。特に潜水艦の場合、上下方向の設置スペースもそれなりに確保できるので、縦方向・横方向とも、取り付けられるハイドロフォンの数は多くなる。

例えば、アメリカ海軍のヴァージニア級攻撃型原潜を見ると、船体の側面に3カ所の四角い張り出しがあるが、これが側面ソナー・アレイである。縦横にハイドロフォンを並べているから、それぞれの方向について受聴した音の位相差を調べて、3次元で発信源の方位を知ることができると考えられる。

建造中のヴァージニア級攻撃型原潜。色が暗い上に影になっているのでわかりにくいが、船体の側面に3カ所、側面ソナー・アレイの張り出しがある Photo : US Navy

たまたま写真があったので米海軍の艦を引き合いに出したが、海上自衛隊の潜水艦にも同様の側面ソナー・アレイが付いている。

ただし、取り付ける場所は考慮しないといけない。あまり後ろのほうに取り付けると、自艦のエンジンが発するノイズを拾ってしまって仕事にならないからだ。敵に見つかりにくいようにするだけでなく、パッシブ・ソナーの探知能力確保という観点からいっても、潜水艦、とりわけ機関の静粛性向上が重要な意味を持つことがわかる。

昔の米原潜の中には、自艦のノイズ(OSN : Own Ship Noise)を拾うために専用のハイドロフォンを取り付けていた事例もあった(ひょっとすると現在も?)。それが拾ったデータを、パッシブ・ソナーが拾った音響から差し引けば自艦の騒音による影響をキャンセルできる、という理屈である。

曳航ソナー

ソナー・アレイが船体に付いているから自艦の騒音を拾ってしまうのであって、自艦から離れた場所にソナー・アレイを置けば、そういう問題を回避できるのではないか、という考え方が出てきた。

そこで登場したのが曳航ソナー。まず、ハイドロフォンを縦にズラッと並べた細長いアレイを構築する。それを艦の後方に繰り出して、ケーブルで艦とつないで曳航する。ケーブルは単に曳航の機能を果たすだけではなく、ハイドロフォン・アレイが拾った音を艦内のソナー機器に伝えるための電気配線も通るので、意外と構造は複雑だ。

しかも、使わない時は艦内に巻き取って収納しなければならないから、ハイドロフォン・アレイは柔軟性を備えていなければならない。そこで例えば、樹脂製のチューブにハイドロフォンを納めた構造にする手が考えられる。

こういう構造の関係で、曳航ソナーを構成するハイドロフォン・アレイは縦一列にならざるを得ない。だから、側面アレイみたいに水平方向と上下方向の位相差をとることはできず、水平方向の方位しかわからないのが普通だ。

その曳航ソナーのサイズはいかほどか。SEA(Systems Engineering & Assessment Ltd.)の製品を例にとると、100Hz~32kHzをカバーできるシン・アレイ(Thin Array、つまり細いタイプの曳航ソナー)の「KraitArray」は直径16mm。120個のソナー・エレメントを並べて全長150mだという。

参考 : KraitArrayの製品情報ページ

細いシン・アレイがあれば当然、太いファット・アレイもある。そちらは一般的に直径が90mmほどあるという。そうなると、取り扱いも収納も面倒そうだ。

ちなみに最近は、パッシブではなくアクティブ/パッシブ兼用の曳航ソナー・アレイも出てきている。背景には、潜水艦の静粛性向上が進んでパッシブ探知だけでは手に負えない可能性が出てきているとか、ノイズが多く水測状況が良くない沿岸海域・浅海面ではアクティブ探知も必要、とかいう事情があるらしい。

パッシブ・ソナーのオペレーション

しつこく書くが、パッシブ・ソナーでわかるのは音源の方位だけである。側面ソナー・アレイみたいに前後方向と上下方向の両方にハイドロフォンを並べていれば、方位は三次元で分かるが、距離が分からないのは同じだ。

しかし、アクティブ・ソナーを使って探信すれば、相手の位置はわかるものの、こちらの存在も暴露してしまう。だから、これは「最後の手段」としてとっておきたい。どうやって、パッシブ・ソナーだけで探知目標の位置や動きを把握するか。

1つの方法として、第99回で取り上げた「方位変化率の割り出し」がある。しかし、遠くの目標が速く移動していても、近くの目標がゆっくり移動していても、方位変化率は同じになってしまう可能性がある。そこで別の方法として、こちらが位置や針路を変える方法がある。

例えば、東から西に向けて針路2-7-0で航行している時に、方位0-3-0で何か音源を聴知したとする。これだと、自艦の位置から0-3-0の方位に向かう線を引くことしかできない。

そこで、針路を大きく変えて、例えば、3-3-0ぐらいにしてみる。そして、しばらく移動してから、同じ探知目標の音がどちらの方位から聞こえるかを調べる。すると、異なる位置から異なる2本の方位線を引くことができる。

その際に注意が必要なのは、変針した後ですぐに聴知しないこと。長い曳航ソナー・アレイが、艦の変針に合わせて曲がってしまうからだ。新しい針路に向いたところでしばらく真っ直ぐ航行しないと、後ろに引っ張っているソナー・アレイが真っ直ぐにならない。

この、複数の位置で聴知して方位線を引く方法を、交差方位法(クロスベアリング)という。その際に位置や針路を大きく変えるほうが、複数の方位線がそれぞれ明瞭に分かれることになり、精度が向上する。

ところで、「同じ探知目標の音」とあっさり書いてしまったが、どうやって「同じ」「違う」を判断するか。生の音を耳で聞き分けて判断する手もあるが、聴知した音響データを量子化やサンプリングによってデジタル化して、コンピュータで比較・照合したり周波数分布を解析したり、という手も使えると思われる。

もちろん、デジタル化したデータを保存しておけば、後で別の探知目標を聴知した時に比較・照合する場面で役に立つ。ことにパッシブ探知の場合、音響データをデジタル化して、コンピュータを援用することで探知目標を追い込んでいくプロセスが重要になるだろう。

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インデックス

連載目次
第202回 ソナー(6)曳航ソナーの方位アンビと多局化
第201回 ソナー(5)SOSUSとSURTASS
第200回 ソナー(4)可変深度ソナーVDS(Variable Depth Sonar)
第199回 ソナー(3)パッシブ・ソナーの構造に関する基本
第198回 ソナー(2)アクティブ・ソナーの構造に関する基本
第197回 ソナー(1)ソナーの種類と用途
第196回 特別編・F-35の量産を支えるグローバル・サプライチェーン
第195回 特別編・カール・グスタフ無反動砲
第194回 アンテナ(10)巨大なアンテナ - 「象のオリ」「スペース・フェンス」
第193回 アンテナ(9)艦艇用のアンテナは難しい
第192回 アンテナいろいろ(8)電子戦機器のアンテナ
第191回 アンテナいろいろ(7)潜水艦の通信
第190回 弾道ミサイル発射の探知手段いろいろ(2)
第188回 弾道ミサイル発射の探知手段いろいろ(1)
第187回 アンテナ(6)衛星のアンテナ
第186回 アンテナいろいろ(5)通信機器のアンテナ
第185回 アンテナいろいろ(4)レーダーのアンテナ・その3
第184回 アンテナいろいろ(3)レーダーのアンテナ・その2
第183回 アンテナいろいろ(2)レーダーのアンテナ・その1
第182回 アンテナいろいろ(1)アンテナの重要性
第181回 マン・マシン・インタフェース(6)カラー表示とモノクロ表示
第180回 マン・マシン・インタフェース(5)ポインティングとスマホ化
第179回 マン・マシン・インタフェース(4)どう操作するか
第178回 マン・マシン・インターフェイス(3)情報の見せ方・その2
第177回 マン・マシン・インタフェース(2)情報の見せ方(その1)
第176回 マン・マシン・インタフェース(1)インタフェースの良し悪しは重要
第175回 人工衛星(9)データ中継衛星と衛星間通信
第174回 人工衛星(8)データの受信・解析・配信
第173回 人工衛星(7)衛星管制網と衛星管制システム
第172回 人工衛星(6)UAVと衛星の関係
第171回 延命改修(7)形態管理
第170回 延命改修(6)ミサイルの場合
第169回 延命改修(5)艦艇の場合
第168回 延命改修(4)輸送機の場合
第167回 延命改修(3)AWACS機の場合 - E-3Cセントリーの機内を紹介
第166回 延命改修(2)F-15の場合
第165回 延命改修(1)総論
第164回 特集F-35(6)短距離離陸・垂直着陸を容易に実現
第163回 特集F-35(5)ソフトウェアの開発と飛行諸元の制限
第162回 特集F-35(4)不思議の国のALIS
第161回 特集F-35(3)CNIとデータリンク
第160回 特集F-35(2)EO-DASとHMD
第159回 特集F-35(1)精緻な組み立て工程
第158回 平成29年度概算要求における情報通信系の話題
第157回 装甲戦闘車両とIT(12)車両の無人化と自動走行
第156回 装甲戦闘車両とIT(11)IEDジャマー
第155回 装甲戦闘車両とIT(10)周辺監視用カメラなど
第154回 装甲戦闘車両とIT(9)アクティブ自衛システム
第153回 装甲戦闘車両とIT(8)砲弾と信管
第152回 装甲戦闘車両とIT(7)ネットワーク化とユーザー・インタフェース
第151回 装甲戦闘車両とIT(6)FBCB2とBFTとBMS
第150回 装甲戦闘車両とIT(5)指揮車という名のAFV
第149回 装甲戦闘車両(AFV)とIT(4)IED対応のアクティブ座席
第148回 装甲戦闘車両(AFV)とIT(3)砲兵の射撃統制装置
第146回 装甲戦闘車両(AFV)とIT(2)戦車の射撃統制装置
第145回 装甲戦闘車両(AFV)とIT(1)行進間射撃
第144回 X-2と将来戦闘機(10)運用構想と技術の関係
第143回 X-2と将来戦闘機(9)機内空間設計と3D CAD
第142回 X-2と将来戦闘機(8)FBWか、FBLか
第141回 X-2と将来戦闘機(7)データリンク
第140回 X-2と将来戦闘機(6)モデリングとシミュレーション
第139回 X-2と将来戦闘機(5)カウンター・ステルス
第138回 X-2と将来戦闘機(4)クラウド・シューティング
第137回 実はハイテクな救難ヘリコプター
第136回 X-2と将来戦闘機(3)スマート・スキン
第135回 X-2と将来戦闘機(2)推力・飛行統合制御[2]
第133回 X-2と将来戦闘機(1)推力・飛行統合制御[1]
第132回 軍事作戦と通信(5)通信とコンピュータの関わり
第130回 軍事作戦と通信(4)国立暗号博物館訪問記
第129回 軍事作戦と暗号(3)暗号の機械化
第128回 軍事作戦と通信(2)コードとサイファー
第127回 軍事作戦と通信(1)通信手段いろいろ
第126回 人工衛星(5)早期警戒衛星
第125回 人工衛星(4)測位衛星(航法衛星)
第124回 人工衛星(3)偵察衛星
第123回 人工衛星(2)通信衛星
第122回 人工衛星(1)軍事衛星の種類いろいろ
第121回 防空とIT(7)エネルギー兵器の場合
第120回 防空とIT(6)IAMD(防空とミサイル防衛の統合)
第119回 防空とIT(5)艦隊防空[その2]
第118回 防空とIT(4)艦隊防空[その1]
第117回 防空とIT(3)野戦防空
第116回 防空とIT(2)防空システムのコンピュータ化
第115回 防空とIT(1)第二次世界大戦における防空システム
第114回 米海軍イージス艦を見る(4)戦闘システムの形態管理
第113回 米海軍イージス艦を見る(3)艦橋の更新
第112回 米海軍イージス艦を見る(2)戦闘システムの更新
第111回 米海軍イージス艦を見る(1)「変わるもの」と「変えてはいけないもの」
第110回 電子戦とIT(10)蔵出し写真館・艦艇編
第109回 電子戦とIT(9)蔵出し写真館・飛行機編
第108回 電子戦とIT(8)電子戦装置の自動化
第107回 電子戦とIT(7)艦艇の電子戦装備
第106回 電子戦とIT(6)その他の電子戦
第105回 電子戦とIT(5)自衛用電子戦装備
第104回 電子戦とIT(4)ECCM
第103回 電子戦とIT(3)ECMとCOMJAM
第102回 電子戦とIT(2)脅威ライブラリ
第101回 電子戦とIT(1)電子戦とはなんぞや
第100回 水中戦とIT(9)ソノブイ・オペレーション
第99回 水中戦とIT(8) 潜水艦の目標運動解析(2)
第98回 水中戦とIT(7) 潜水艦の目標運動解析(1)
第97回 水中戦とIT(6)港湾警備・ダイバー探知
第96回 水中戦とIT(5)嫌らしい機雷
第95回 水中戦とIT(4)機雷戦その2
第94回 水中戦とIT(3)機雷戦その1
第93回 水中戦とIT(2)魚雷避けに関するいろいろ
第92回 水中戦とIT(1)水中戦とは?
第91回 艦艇のシステム化(6)タンクと電子制御
第90回 艦艇のシステム化(5)フネの中における通信手段
第89回 艦艇のシステム化(4)ズムウォルト級とTSCE-I
第88回 艦艇のシステム化(3)省人化とダメコン
第87回 艦艇のシステム化(2)指揮管制装置とは
第86回 艦艇のシステム化(1)システム艦とは
第85回 射撃管制(6)対地・対艦ミサイル
第84回 射撃管制(5)対空ミサイル
第83回 射撃管制(4)砲兵に特有の事情
第82回 射撃管制(3)機関銃・機関砲・火砲その3
第81回 射撃管制(2)機関銃・機関砲・火砲その2
第80回 射撃管制(1)機関銃・機関砲・火砲その1
第79回 相互運用性(5)相互運用性実現の足を引っ張るのは?
第78回 相互運用性(4)物資補給の相互運用性
第77回 相互運用性(3)情報システムの相互運用性
第76回 相互運用性(2)通信分野の相互運用性
第75回 相互運用性(1)相互運用性とは
第74回 不正規戦とIT(8)NATOが演習にソーシャル・メディアを取り込む
第73回 不正規戦とIT(7)国境線の侵入監視や港湾警備
第72回 不正規戦とIT(6)不正規戦と電子戦
第71回 不正規戦とIT(5)コミュニケーションに翻訳ツール
第70回 不正規戦とIT(4)民心掌握とIT
第69回 不正規戦とIT(3)通信を利用した追跡・捕捉
第68回 不正規戦とIT(2)コミュニケーション手段としてのIT
第67回 不正規戦とIT(1)宣伝戦とインターネット
第66回 衛星携帯電話も使いよう
第65回 個人用装備のIT化(5)無線機をめぐる話・いろいろ!?
第64回 個人用装備のIT化(4)個人用武器の精密誘導化
第63回 個人用装備のIT化(3)個人用情報端末機器のあれこれ
第62回 個人用装備のIT化(2) 個人レベルの通信網はどうするか
第61回 個人用装備のIT化(1) 個人レベルの情報武装
第60回 サイバー防衛(8) ソーシャル・エンジニアリング
第59回 サイバー防衛(7) サプライチェーンという戦場
第58回 サイバー防衛(6) オープンな場も戦場になる
第57回 サイバー防衛(5) 弱者の最強兵器
第56回 サイバー防衛(4) アクティブ・ディフェンス
第55回 サイバー防衛(3) 攻撃手段いろいろ
第54回 サイバー防衛(2) サイバー攻撃の動機・手段・内容
第53回 サイバー防衛(1) サイバー攻撃・サイバー防衛とは
第52回 軍事におけるシミュレーションの利用(6) 負傷者治療の巻
第51回 軍事におけるシミュレーションの利用(5) 計測とデブリの巻
第50回 軍事におけるシミュレーションの利用(4) 海の巻
第49回 軍事におけるシミュレーションの利用(3) 陸の巻
第48回 軍事におけるシミュレーションの利用(2) 空の巻
第47回 軍事におけるシミュレーションの利用(1) RDT&Eの巻
第46回 情報活動とIT(6) 情報戦とサイバー戦
第45回 情報活動とIT(5) 情報資料の配信と利用
第44回 情報活動とIT(4) 情報を管理するためのシステムに求められる課題
第43回 情報活動とIT(3) ELINT・COMINT・SIGINT
第42回 情報活動とIT(2) 画像情報のデジタル化
第41回 情報活動とIT(1) なぜ情報活動が必要か
第40回 軍艦・海戦とIT (6) 艦艇の設計・建造とIT
第39回 軍艦・海戦とIT (5) ダメージコントロール
第38回 軍艦・海戦とIT (4) ウェポンシステムとオープンアーキテクチャ
第37回 軍艦・海戦とIT (3) データリンクによるネットワーク化
第36回 軍艦・海戦とIT (2) 艦内ネットワークの整理統合
第35回 軍艦・海戦とIT (1) システム艦ってなに?
第34回 警戒監視体制の構築とIT(6) IT化と人手の使い分け
第33回 警戒監視体制の構築とIT(5) 宇宙空間とサイバー空間
第32回 警戒監視体制の構築とIT(4) 陸の警戒監視
第31回 警戒監視体制の構築とIT(3) 海の警戒監視
第30回 警戒監視体制の構築とIT(2) 空の警戒監視
第29回 警戒監視体制の構築とIT(1) 警戒監視とITの関わり
第28回 指揮統制・指揮管制とIT(4) : 関連する要素技術とまとめ
第27回 指揮統制・指揮管制とIT(3) 軍艦の戦闘指揮所
第26回 指揮統制・指揮管制とIT(2) 特定任務分野の指揮管制
第25回 指揮統制・指揮管制とIT(1) 戦略・作戦レベルの指揮統制
第24回 陸戦とIT(6) 兵站業務とIT活用
第23回 陸戦とIT(5) 地雷やIEDの探知もハイテク化
第22回 陸戦とIT(4) IT化と電源の問題
第21回 陸戦とIT(3) 陸戦と通信網
第20回 陸戦とIT(2) 陸戦兵器の精密誘導化
第19回 陸戦とIT(1) 陸戦における状況認識
第18回 UAVとモジュラー設計
第17回 UAVによる映像情報の収集とデータ処理
第16回 無人戦闘機は実現可能か?
第15回 UAVと有人機の空域共有問題
第14回 武装UAVのオペレーション
第13回 無人偵察機(UAV)に関する基本と武装化の経緯
第12回 Build a Little, Test a Little and Learn a Lot
第11回 イージス・アショアとモジュール化と相互運用性
第10回 ミサイル防衛に必要な通信網とネットワーク化交戦
第9回 イージス艦のベースラインと能力向上
第8回 イージス艦とはそもそも何か
第7回 弾道ミサイル防衛とC2BMC
第6回 F-35ライトニングIIの操縦システム
第5回 F-35ライトニングIIの兵站支援
第4回 F-35ライトニングIIのソフトウェア
第3回 F-35ライトニングIIとネットワーク中心戦
第2回 F-35ライトニングIIの"眼"
第1回 F-35ライトニングIIは何が違う?

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