バイスタティックソナー

バイスタティックソナーは、送信機と受信機がターゲットまでの距離と同等の距離だけ離れているソナー構成です。ほとんどのソナーシステムはモノスタティックで、送信機と受信機は同じ場所にあります。受信機が複数ある構成はマルチスタティックと呼ばれます。

これは、音波パルスがプロジェクターからターゲットへ、またターゲットから受信機へ伝わる間に生じる音レベルの損失です。伝送損失を引き起こすメカニズムは 3 つあります。球状 (浅瀬では円筒状) への拡散、海洋媒体の不均一性による吸収と散乱です。伝送損失 (TL) は距離 (音が遠く伝わるほど損失が大きい) と音の周波数に比例します。モノスタティック ソナーでは、音は最初にプロジェクターからターゲットへ伝わり、次に同じ経路でターゲットから受信機に戻ります。そのため、双方向の損失は 2TL になります (TL は片道の損失)。バイスタティック ソナーでは、総損失 (デシベル単位) は、TL _pt (プロジェクターからターゲットへ) と TL _tr (ターゲットから受信機へ) の合計です。

モノスタティックソナーでは、受信機が最初に聞くことができるのは、送信された音です。この音レベルは非常に高く、音の持続時間τの間にエコーを検出することは不可能です。つまり、Cτ/2 半径の円内ではターゲットを検出できません。ここで、C は水中の音速です。この領域は通常、「デッドゾーン」と呼ばれます。ソナーが水面、海底、またはその両方に近い場合 (浅瀬で発生する可能性があります)、反響レベルが高いため、デッドゾーンは Cτ/2 よりも大きくなる可能性があります。

バイスタティックソナーでは、プロジェクターからターゲットまで、およびターゲットから受信機までの移動距離は、R = R _pt + R _trです。プロジェクターは受信機から R _{pr の} 距離だけ離れているため、ping の開始後の最初の R _pr /C 秒は、受信機は待機状態になります。その後、受信機はプロジェクターからの直接信号 (「ダイレクトブラスト」と呼ばれることが多い) を受信しますが、^これは τ 秒間続きます。そのため、ソナーは、図に示すように、楕円 R = Rpr + Cτ 内のターゲットを検出できません。プロジェクター領域での高レベルの残響は、デッドゾーンに影響しません。

ターゲットは音を全方向に反射するわけではありません。ターゲットは単なる剛体球ではないため、音の反射（またはターゲットによる散乱）のメカニズムは複雑です。散乱音のレベルは、プロジェクターによってターゲットが音響化される角度 β に依存し、角度散乱方向 α によっても変化します（ローカル ターゲット軸 Z{x,y} を参照）。これらの角度は、しばしばアスペクトと呼ばれます。この散乱音のレベル対 (α、β) 関数は、散乱パターン S(α、β) と呼ばれます。最大エコーの方向（S(α、β) の最大値）も、ターゲットの形状と内部構造に依存します。そのため、音響化に最適なアスペクトが受信に最適なアスペクトと同じでない場合があります。

これにより、バイスタティック ソリューションが実現します。ターゲットが海底堆積物に埋もれている (または半埋もれている) 場合、ターゲットの散乱はさらに複雑になります (機雷、廃棄物コンテナ、難破船などで発生します)。その場合、散乱メカニズムはターゲットの特徴だけでなく、ターゲットと周囲の海底との間の音波の相互作用によっても影響を受けます。

モノスタティックソナーでは、受信機はターゲットから直接反射（散乱）されるエコーを聞きます。バイスタティックソナーは、ターゲットの後方散乱または前方散乱のいずれかを利用する 2 つの方法で動作します。後方散乱バイスタティックソナーは、バイスタティック角度φ が 90° 未満のソナーです。 前方散乱は、バビネの原理に基づく物理現象です。前方散乱バイスタティックソナーは、バイスタティック角度 φ が 90° を超えるソナーです。

これはバイスタティック角度が小さいソナーです。言い換えると、プロジェクターからターゲットまでの距離 R _ptとターゲットから受信機までの距離 R _{tr は、プロジェクターから受信機までの距離 R pr}よりもはるかに大きくなります。

これは、複数のプロジェクター、受信機、またはその両方を備えたマルチノード システムです。

沿岸監視では、通常、大型のハイドロフォン受信アレイが海岸近くに設置され、ケーブルで陸上の処理センターに接続されます。長距離ターゲット検出 (海岸から遠く離れた場所) を可能にするには、船から設置できる強力なモバイル プロジェクターを使用できます。この種のシステムは、「プロジェクターを対象エリアに近づけ、伝送損失を減らす」というアイデアを活用しています。

このタイプのシステムはマルチスタティックです。これは、「関心領域を受信機のまばらなネットでカバーし、強力なプロジェクターで領域全体を音響化する」というアイデアを活用します。受信ノードは、ソノブイ（処理センターへの無線通信リンク付き）または音響通信リンクを備えた自律型水中車両（AUV）です。^[2]例としては、AUVを受信ノードとして使用する GOATSプロジェクト^{[3]があります。}

周波数が低いほど、透過損失の吸収および散乱成分が少なくなります。一方、周波数が低いほど、指向性プロジェクターと受信アレイのサイズが大きくなります。そのため、船舶配備型長距離ソナーは、空間的に分離されたプロジェクターと受信アレイを備えた低周波バイスタティック曳航アレイソナーです。例として、LFATS曳航ソナーがあります。^[4]

埋設物を検出するには、送信機のピンが海底まで届く必要があります。そのためには、強力で指向性の高いプロジェクターが必要です。次に、指向性受信機を「ターゲット + 周囲の海底」の反射が最も良い地点に設置します。これがバイスタティック システムです。例としては、有毒廃棄物容器や地雷などの物体を見つけるために開発された SITAR プロジェクト^{[5]があります。}

バイスタティックソナーとマルチスタティックソナーの主な利点は次のとおりです。^{[引用が必要]}

• 調達コストとメンテナンスコストの削減（サードパーティの送信機を使用する場合）
• 周波数クリアランスなしでの操作（サードパーティの送信機を使用する場合）
• 受信機の秘密作戦
• 使用される波形と受信機の位置が不明な可能性があるため、電子妨害手段に対する耐性が向上
• 幾何学的効果によりターゲットのレーダー断面積が増加する可能性がある

バイスタティックソナーとマルチスタティックソナーの主な欠点は次のとおりです。^{[引用が必要]}

• システムの複雑さ
• サイト間の通信を提供するためのコスト
• 送信機の制御不足（サードパーティの送信機を利用する場合）
• 導入が困難
• 複数の場所からの視線が必要なため、低レベルのカバレッジが減少する

• ソナー
• バイスタティックレーダー

• バイスタティックソナーの説明。Alexander Yakubovskiy、FarSounder Inc. 2011-07-10 にWayback Machineでアーカイブ

• NK Naluai 他「強度処理のバイスタティックアプリケーション」アメリカ音響学会誌、2007 年、121 (4)、pp. 1909–1915
• JR Edwards、H. Schmidt、K. LePage、「AUV によるバイスタティック合成開口ターゲット検出とイメージング」、IEEE Journal of Oceanic Engineering、2001、26(4): pp. 690–699
• I. Lucifredi と H. Schmidt。埋設弾性シェルからの亜臨界散乱。アメリカ音響学会誌、2006 年、120 (6)、pp. 3566–3583、2006 年
• Captas Nano 低周波曳航ソナー。www.thalesgroup.com/naval
• JI Bowen および RW Mitnick。マルチスタティック パフォーマンス予測方法論。ジョンズ ホプキンス APL テクニカル ダイジェスト、1999 年、v.2、No 3、pp. 424–431