第 3 章

受動ソナーと能動ソナー — 聞く方式と反射を測る方式

受動ソナーと能動ソナーの違いを、使う音と伝搬経路から整理します。対象が放射する音と反射音（エコー）を区別できるようになることが目標です。

受動ソナーは、対象が放射する音を聞く

受動ソナーは、自分から音を送らず、対象が放射する音を受信します。たとえば船の機械音やプロペラ音、海洋生物の発声、流れによる音などです。送信を行わないため、自分の位置を送信音から知られたくない監視や、海中の音を長時間観測する用途に向いています。

一方で、対象がほとんど音を出さなければ、聞き取る手掛かりも少なくなります。また、1 本のハイドロフォンで音を聞くだけでは、対象までの絶対距離を直接求めることは困難です。

第 2 章で学んだ 距離 = c × t / 2 は、送った音が対象で反射し、戻ってくるまでの時間を使う式でした。これは能動ソナーの 送信機 → 対象 → 受信機 という往復経路に対応します。一方、受動ソナーで使うのは 対象 → 受信機 という片道の経路です。

この違いは、次章の信号対雑音比（SNR）の式にもそのまま表れます。受動では片道の伝搬損失（TL）を 1 回、能動では往路と復路の TL を 1 回ずつ、合計 2TL として扱います。

能動ソナーは、送信機と受信機をどこに置くかによって、主に 2 つの構成に分かれます。

モノスタティック（monostatic）: 送信機と受信機がほぼ同じ場所にある構成です。船底ソナーや測深機のように、自分が送った音の反射音（エコー）を同じ場所で受信します。
バイスタティック（bistatic）: 送信機と受信機が離れている構成です。異なる位置から対象を見る幾何を利用できますが、送受信点どうしの時刻同期や較正が必要です。

この講座では、特に断らない限りモノスタティック構成を前提に、SNR と伝搬損失を説明します。

能動ソナーは自分から音を送り、対象から戻る反射音（エコー）を受信します。送信から受信までの往復時間を測れば距離を求められ、反射音の強さからは対象についての手掛かりを得られます。

ここで重要になるのが ターゲットストレングス（TS） です。TS は、対象が入射音をどれだけソナー側へ反射しやすいかを表します。また、送信音は往路で片道の伝搬損失（TL）を受け、反射音は復路でもう一度 TL を受けるため、能動ソナーの基本式には 2TL が現れます。

入門としては、送信せずに継続して聞きたいなら受動、反射音から距離を測りたいなら能動と整理すると分かりやすいでしょう。実際のシステムでは、アレイ処理、追尾、周波数分析、複数地点での観測などを組み合わせ、どちらの方式からもさらに多くの情報を取り出します。

受動

対象が放射する音を聞く。送信は行わず、単独では距離を直接求めにくい。

能動

音を送って反射音を測る。TS が効き、往復時間から距離を求めやすい。