ソナー

1916年、英国発明研究委員会の下、カナダの物理学者ロバート・ウィリアム・ボイルはABウッドと共に能動音響探知プロジェクトに着手し、1917年半ばに試験用の試作品を製作した。英国海軍参謀本部の対潜水艦部門のためのこの研究は極秘裏に行われ、水晶圧電結晶を用いて世界初の実用的な水中能動音響探知装置を製作した。^{[ 16 ]}

秘密保持のため、音響実験や水晶については言及されなかった。初期の研究を表すのに使われた言葉（「超音速」）は「ASD」icsに、水晶材料は「ASD」iviteに変更された。「ASD」は「対潜水艦部隊」の略で、これがイギリスの頭字語ASDICとなった。1939年、オックスフォード英語辞典からの質問に対し、海軍本部は「連合潜水艦探知調査委員会」の略だとでっち上げた。これは今でも広く信じられているが^{[ 17 ]} 、海軍本部の記録にはこの名前の委員会は見つかっていない^{[ 16 ] 。}

1918年までに、イギリスとフランスは試作型の能動型水中探知機（ASDIC）を開発した。イギリスは1920年にHMSアントリム でASDICの試験を行い、1922年に生産を開始した。第6駆逐艦隊は1923年にASDIC搭載艦を保有するようになった。1924年には、対潜水艦訓練艦HMSオスプレイと4隻からなる訓練艦隊がポートランドに設立された。

第二次世界大戦勃発までに、イギリス海軍は異なる水上艦艇クラス用に5セット、潜水艦用に数セットを保有し、完全な対潜システムを構築していた。初期のASDICの有効性は、対潜兵器として爆雷が使用されていたことで阻害されていた。これは、攻撃艦が潜水目標の上を通過してから船尾に爆雷を投下する必要があり、攻撃直前にASDICの探知が途絶えるという事態を招いた。攻撃艦は事実上盲目的に攻撃しており、その間に潜水艦の艦長は回避行動を取ることができた。この状況は、新たな戦術と新たな兵器によって改善された。

フレデリック・ジョン・ウォーカーが開発した戦術的改良には、クリーピングアタックが含まれていた。これには通常スループまたはコルベットの2隻の対潜艦が必要だった。1隻の「誘導艦」はASDICで目標の潜水艦を追跡し、もう1隻はASDICをオフにして5ノットで航行し、指示に従って攻撃を開始した。接近速度が遅いため、潜水艦は爆雷がいつ投下されるかを予測できなかった。回避行動は誘導艦によって探知され、それに応じて攻撃艦に操舵命令が出された。^{[ 18 ]}

ASDICの死角に対処するための新しい兵器は、ヘッジホッグや後にスクイッドなどの「前方投射兵器」であり、攻撃者の前方の目標に弾頭を投射し、ASDICとの接触を維持した。これにより、単一の護衛艦が潜水艦に対してより的確な攻撃を行うことができるようになった。戦争中の開発により、イギリスのASDICセットは、より深い角度で配置されたタイプ144セットのQアタッチメントなど、いくつかの異なる形状のビームを使用するようになった。関節式トランスデューサーを備えたタイプ147Bセットは、オペレーターが死角をカバーすることを可能にした。^{[ 19 ]}もう一つの開発は、受動ソナーを使用して目標の潜水艦に自らを向けるFIDOホーミング魚雷であった。

第二次世界大戦初期（1940年9月）、イギリスのASDIC技術はアメリカに無償で移転された。ASDICと水中音響に関する研究はイギリスとアメリカで拡大し、多くの新しいタイプの軍事音響探知装置が開発された。これには、1944年にイギリスが「ハイティー」というコードネームで初めて開発したソノブイ、ディッピング／ダンキングソナー、機雷探知ソナーなどが含まれる。これらの研究は、戦後の原子力潜水艦対策に関する開発の基礎となった。

1930年代、アメリカの技術者たちは独自の水中音探知技術を開発し、水温躍層の存在や音波への影響など重要な発見がなされた。^{[ 20 ]}アメリカ人は、フレデリック・ハントがレーダーと同等のものとして考案したSONARという用語を、自分たちのシステムに使い始めた。^{[ 21 ]}

1917年、アメリカ海軍は初めてJ・ウォーレン・ホートンの技術力を活用しました。ベル研究所を休職していたホートンは、技術専門家として政府に勤務し、最初はマサチューセッツ州ナハントの実験ステーションで、その後はイギリスのロンドンにあるアメリカ海軍本部で勤務しました。ナハントでは、当時電子工学として知られる応用科学分野の黎明期に開発されたばかりの真空管を、水中信号の検出に応用しました。その結果、それまでの検出装置で使用されていたカーボンボタンマイクロホンは、現代のハイドロホンの前身となる装置に置き換えられました。また、この時期には、ホートンは曳航検出の手法についても実験を行いました。これは、ホートンの装置の感度が向上したためです。その原理は、現代の曳航ソナーシステムでも依然として使用されています。

イギリスの防衛ニーズを満たすため、ホートンはアイルランド海に海底設置型の水中聴音器を設置し、海底ケーブルで沿岸の聴音所と接続する任務でイギリスに派遣された。この装置がケーブル敷設船に積み込まれている最中に第一次世界大戦が終結し、彼は帰国した。

第二次世界大戦中、ホートンは潜水艦、機雷、魚雷を探知できるソナーシステムの開発を続けた。彼は米国海軍水中音響研究所の主任研究顧問として1957年に『ソナーの基礎』を出版した。彼は1959年に技術部長に就任するまでこの職を務め、1963年に定年退職するまでその職を務めた。^{[ 22 ] [ 23 ]}

1915年から1940年にかけて、米国のソナー技術はほとんど進歩しなかった。1940年当時、米国のソナーは一般的に、磁歪式トランスデューサーと、直径1フィートの鋼板に接続されたニッケル管アレイで構成されており、鋼板は球状の筐体内に収められたロッシェル塩結晶に背中合わせに取り付けられていた。この装置は船体を貫通し、手動で所望の角度に回転させた。圧電式のロッシェル塩結晶はより優れた特性を持っていたが、磁歪式ユニットの方がはるかに信頼性が高かった。

第二次世界大戦初期における米国商船の物資輸送における甚大な損失を受け、米国では磁歪変換器のパラメータ改善とロッシェル塩の信頼性向上を目指した大規模かつ優先度の高い研究が進められた。ロッシェル塩の代替として優れた代替品であるリン酸二水素アンモニウム（ADP）が発見され、最初の用途は24kHzロッシェル塩変換器の代替であった 。わずか9ヶ月でロッシェル塩は時代遅れとなった。ADP製造施設は1940年初頭の数十人規模から1942年には数千人にまで拡大した。

ADP結晶の初期の用途の一つは、音響機雷用の水中聴音器でした。この結晶は、5Hzの低周波カットオフ周波数、 3,000m （10,000フィート） 上空からの航空機投下による機械的衝撃への耐性、そして近隣の機雷爆発にも耐える能力が求められました。ADPの信頼性の重要な特徴の一つは、経年劣化が全くないことです。つまり、長期間保管しても結晶の特性が維持されるのです。  

別の応用例として、音響ホーミング魚雷がある。指向性ハイドロフォンのペアが魚雷の先端に水平面と垂直面にそれぞれ取り付けられ、ペアからの差分信号を使用して魚雷を左右上下に操縦した。対抗策として、標的の潜水艦が発泡性の化学物質を放出し、魚雷はより騒々しい発泡性のデコイを追うようにした。対抗策として、アクティブソナーを搭載した魚雷が開発された。魚雷の先端にトランスデューサーが追加され、マイクロホンがその反射した周期的なトーンバーストを拾うようにした。トランスデューサーは、互い違いに並んだ列にダイヤモンド形の領域に配置された同一の長方形の結晶板で構成されていた。

潜水艦用のパッシブソナーアレイは、ADP結晶を用いて開発された。複数の結晶アセンブリを鋼管内に配置し、ヒマシ油を真空充填して密封した。その後、これらの鋼管を平行に配置した。

第二次世界大戦末期の米国海軍標準走査ソナーは 、ADP結晶アレイを使用して18kHzで動作していました。しかし、より長い距離を求めるには、より低い周波数を使用する必要がありました。必要な寸法はADP結晶には大きすぎたため、1950年代初頭に磁歪圧電システムとチタン酸バリウム圧電システムが開発されましたが、これらは均一なインピーダンス特性を実現するのに問題があり、ビームパターンが悪化しました。その後、チタン酸バリウムはより安定したチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）に置き換えられ、周波数は5kHzに下げられました 。^{[ 24 ]}

米海軍は数十年にわたり、AN/SQS-23ソナーにこの材料を使用していた。SQS-23ソナーは当初、磁歪ニッケル変換器を使用していたが、これらは数トンもの重量があり、ニッケルは高価で重要な材料とみなされていたため、圧電変換器に置き換えられた。このソナーは432個の個々の変換器からなる大規模なアレイであった。当初、変換器は信頼性が低く、設置後すぐに機械的および電気的な故障や劣化が見られた。また、複数のベンダーによって製造され、設計が異なり、特性もアレイの性能を損なうほど異なっていた。そこで、個々の変換器の修理を許可する方針は放棄され、代わりにシールやその他の余分な機械部品の問題を解消するために、密閉された修理不可能なモジュールである「使い捨てモジュール設計」が選択された。^{[ 24 ]}

第二次世界大戦勃発時、大日本帝国海軍は水晶を用いたプロジェクターを使用していた。これらは特に低周波数帯向けに設計されたものは大型で重く、9kHzで動作する91式プロジェクターは 直径760mm 、出力5kW、出力振幅7kVの発振器で駆動されていた。93式プロジェクターは、水晶を積層した構造で、球状の鋳鉄製筐体に組み立てられていた。   

93型ソナーは後に3型に置き換えられた。3型はドイツ設計で、磁歪式プロジェクターを使用していた。プロジェクターは、約16インチ×9インチ（410mm × 230mm ）の鋳鉄製の長方形の本体内に、同一の長方形の独立したユニットが2つ配置されていた。露出面積は幅が波長の半分、高さが波長の3倍であった。磁歪コアは、当初は4mm厚のニッケル板から作られ、後にアルミニウム含有量が12.7%～12.9%の鉄アルミニウム合金が使用されるようになった。電力は3.8kVで2kW 、分極は20V 、8Aの直流電源から供給された。        

大日本帝国海軍の受動型水中聴音器は、ムービングコイル設計、ロシェル塩圧電トランスデューサー、カーボンマイクロホンに基づいていた。^{[ 25 ]}

磁歪トランスデューサは、第二次世界大戦後、圧電トランスデューサの代替として研究されました。ニッケル製のスクロール巻きリング型トランスデューサは、高出力低周波動作に使用され、直径は最大13フィート（4.0m ）にも達し、おそらくこれまでで最大のソナー用トランスデューサでした。金属の利点は、高い引張強度と低い入力電気インピーダンスですが、PZTよりも電気損失が大きく、結合係数も低くなっています。PZ​​Tの引張強度は、予応力を加えることで高めることができます。 

他の材料も試されました。非金属フェライトは電気伝導率が低く渦電流損失が少ないため有望でしたが、Metglasは高い結合係数を示しましたが、全体的にはPZTに劣っていました。1970年代には、優れた磁気機械特性を持つ希土類元素と鉄の化合物、すなわちテルフェノール-D合金が発見されました。これにより、ハイブリッド磁歪圧電トランスデューサなどの新しい設計が可能になりました。これらの改良された磁歪材料の中で最も新しいものはガルフェノールです。

その他のタイプのトランスデューサには、ギャップの表面に磁力が作用する可変リラクタンス（または可動アーマチュア、または電磁）トランスデューサと、従来のスピーカーに似た可動コイル（または電気力学的）トランスデューサがあります。後者は、共振周波数が非常に低く、それより上の周波数では平坦な広帯域特性を持つため、水中音響校正に使用されます。^{[ 26 ]}

プロジェクト・アルテミスは、海洋監視に使用できる低周波アクティブソナーシステムの音響伝搬と信号処理を調査するために、1950年代後半から1960年代半ばにかけて行われた実験的な研究開発プロジェクトでした。二次的な目的は、固定式アクティブ海底システムの工学的問題を調査することでした。^{[ 32 ]}受信アレイはバミューダ沖のプランタグネットバンクの斜面に設置されました。アクティブソースアレイは、第二次世界大戦中に改造されたタンカーUSNSミッション・カピストラーノ から展開されました。^{[ 33 ]}アルテミスの要素は、主要な実験が終了した後も実験的に使用されました。

これは、特定の刺激を受信し、受信した信号またはあらかじめ決められた信号を即座に（または遅延させて）再送信するアクティブソナー装置です。トランスポンダは、水中機器を遠隔で起動または回収するために使用できます。^{[ 34 ]}

ソナーのターゲットは、エミッターを中心とした球体に比べて小さいため、反射信号のパワーは非常に低く、元の信号よりも数桁小さくなります。反射信号のパワーが同じだったとしても、次の例（架空の値を使用）は問題を示しています。ソナーシステムが1 m で10,000  W/m ^{2 の} 信号を発信し、0.001 W/m ^{2 の} 信号を検出できるとします。100 m では、逆二乗法則により 信号は 1  W/m ²になります。

信号全体が 10  m ^{2 の}ターゲットから反射された場合、エミッターに到達する時点では 0.001  W/m ²となり、検出可能なレベルになります。しかし、元の信号は3000 m まで0.001  W/m ² 以上の強度を維持します。100 m から 3000 m の間の 10  m ²のターゲットであれば 、同様またはそれ以上のシステムを使用してパルスを検出できますが、エミッターでは検出されません。検出器はエコーを拾うために非常に高感度である必要があります。元の信号ははるかに強力なので、ソナーの検出範囲の 2 倍以上離れた場所でも検出できます (上記の例のように)。

アクティブソナーには、ノイズと残響という2つの性能制限がある。一般的に、どちらか一方が支配的になるため、これら2つの影響は最初は別々に検討することができる。

初期検出時のノイズ制限条件下：^{[ 35 ]}

SL − 2PL + TS − (NL − AG) = DT、

ここで、SLはソースレベル、PLは伝搬損失（伝送損失と呼ばれることもある）、TSはターゲット強度、NLはノイズレベル、AGは受信アレイのアレイゲイン（指向性指数で近似されることもある）、DTは検出閾値である。

初期検出時の残響制限条件下（アレイゲインを無視した場合）：

SL − 2PL + TS = RL + DT、

ここで、RLは残響レベルであり、その他の要素は前述と同じです。

• LIMIS（吸着機雷画像ソナー）は、ダイバーが使用する手持ち式またはROV （遠隔操作型水中ロボット）搭載型の画像ソナーです。その名称は、視界の悪い水中で吸着機雷を探すために、哨戒ダイバー（戦闘潜水員や掃海ダイバー）向けに設計されたことに由来します。
• LUIS（レンズ式水中画像システム）は、ダイバーが使用するもう一つの画像ソナーである。
• かつては、ダイバー向けに、距離を表示するだけの小型の懐中電灯型の携帯型ソナーが存在した（あるいは現在も存在する）。
• INSS（統合航法ソナーシステム）の場合

上向きソナー（ULS）は、海面に向かって上向きに向けられたソナー装置です。下向きソナーと同様の目的で使用されますが、海氷の厚さ、粗度、濃度を測定する^{[ 36 ] [ 37 ]}、または荒れた海での気泡プルームからの空気の巻き込みを測定するなど、独自の用途もあります。多くの場合、海底に係留されるか、おそらく100mの一定の深さに張られたロープで係留されて浮かびます。潜水艦、AUV 、およびArgoフロートなどのフロートによっても使用されることがあります。^{[ 38 ]}

パッシブソナーには、検出された音源を特定するためのさまざまな技術があります。たとえば、米国の船舶は通常、60ヘルツ（Hz）の交流電源システムを使用しています。変圧器や発電機が船体から適切な振動絶縁を受けずに設置されていたり、浸水したりすると、巻線から発生する60Hzの音が潜水艦や船舶から発せられることがあります。これは、すべてのヨーロッパの潜水艦とほぼすべての他国の潜水艦が50Hzの電源システムを使用しているため、その国籍を特定するのに役立ちます。断続的な音源（レンチを落としたときなど）は「トランジェント」と呼ばれ、パッシブソナーで検出できる場合があります。ごく最近まで、経験豊富で訓練を受けたオペレーターが信号を識別していましたが、現在ではコンピューターがこれを実行できます。  

パッシブソナーシステムは大規模な音響データベースを備えている場合があるが、ソナーオペレーターは通常、最終的に信号を手動で分類する。コンピュータシステムは、これらのデータベースを利用して、船舶の種類、行動（例えば、船舶の速度、発射された兵器の種類、および採用すべき最も効果的な対抗策）、さらには特定の船舶を識別することが多い。

車両に搭載されたパッシブソナーは、車両が発する騒音によって性能が著しく制限されるのが一般的です。そのため、多くの潜水艦は、ポンプを使わずに静音対流で冷却できる原子炉、あるいは静音運転が可能な燃料電池やバッテリーを使用しています。車両のプロペラも、騒音を最小限に抑えるように設計され、精密に加工されています。高速回転するプロペラは水中に微細な気泡を発生させることが多く、このキャビテーション現象は独特の音を発します。

ソナー水中聴音器は、船舶や潜水艦の後方で曳航することで、船舶自体が発する騒音の影響を軽減できる。曳航式装置は、水温躍層の上または下で曳航できるため、水温躍層の影響も軽減できる。

ほとんどのパッシブソナーの表示は、かつては2次元のウォーターフォール表示でした。表示の水平方向は方位、垂直方向は周波数、または場合によっては時間を表します。別の表示方法としては、周波数と時間の情報を色分けして方位を示す方法があります。より新しい表示はコンピュータによって生成され、レーダー型の平面位置指示器の表示を模倣しています。

アクティブソナーとは異なり、一方向伝搬のみが関与します。使用される信号処理が異なるため、最小検出可能な信号対雑音比が異なります。パッシブソナーの性能を決定する式は^{[ 40 ] [ 35 ]です。}

SL − PL = NL − AG + DT、

ここで、SLはソースレベル、PLは伝搬損失、NLはノイズレベル、AGはアレイゲイン、DTは検出閾値である。受動ソナーの性能指数は

FOM = SL + AG − (NL + DT)。

ソナーの動作は、特に垂直面における音速の変化によって影響を受けます。音は海水よりも淡水の方が遅く伝わりますが、その差はわずかです。音速は水の体積弾性率と質量密度によって決まります。体積弾性率は、温度、溶存不純物（通常は塩分濃度）、および圧力によって影響を受けます。密度の影響は小さいです。音速（フィート/秒）はおおよそ次のようになります。

4388 + (11.25 × 温度 (°F)) + (0.0182 × 水深 (フィート)) + 塩分濃度 (千分率)。

この経験的に導き出された近似式は、通常の温度、塩分濃度、およびほとんどの海洋深度の範囲において、かなり正確です。海洋温度は深度によって変化しますが、30メートルから100メートルの間には、温暖な表層水と、海洋の残りの部分を構成する冷たく静止した水を分ける、水温躍層と呼ばれる顕著な変化がしばしば見られます。水温躍層の片側から発生した音は、水温躍層を通過する際に曲がったり屈折したりする傾向があるため、これはソナーの精度を低下させる可能性があります。

水温躍層は、比較的浅い沿岸水域に存在する場合があります。波の作用によって水柱が攪拌され、水温躍層が消失することがよくあります。水圧も音の伝播に影響を与えます。水圧が高いほど音速が速くなり、音波は音速の高い領域から遠ざかるように屈折します。この屈折の数学的モデルはスネルの法則と呼ばれます。

音源が深く、条件が整えば、「深部音響チャネル」内で伝搬が発生する可能性がある。このチャネルでは、チャネル内の受信機への伝搬損失が極めて低くなる。これは、チャネル内で音が閉じ込められ、境界での損失がないためである。同様の伝搬は、適切な条件下では「表面ダクト」内でも発生する可能性がある。この場合、表面で反射損失が発生する。

浅水域では、電波の伝搬は一般的に水面と海底での繰り返し反射によって行われるが、その際にかなりの損失が生じる可能性がある。

音波の伝搬は、水自体だけでなく、水面や海底での吸収によっても影響を受ける。この吸収は周波数に依存し、海水中では様々なメカニズムが働く。長距離ソナーは、吸収の影響を最小限に抑えるために低周波数を使用する。

海には、目的とする目標エコーや信号に干渉する多くのノイズ源が存在する。主なノイズ源は波と船舶である。受信機が水中を移動する際にも、速度に依存する低周波ノイズが発生する可能性がある。

アクティブソナーを使用する場合、海底や海面だけでなく、海中の小さな物体からも散乱が発生します。これは大きな干渉源となる可能性があります。この音響散乱は、霧の中で車のヘッドライトの光が散乱する様子に似ています。高輝度のペンシルビームは霧をある程度透過しますが、広角のヘッドライトは不要な方向に多くの光を放射し、その多くが観測者に向かって散乱されるため、目標物から反射された光が圧倒されてしまいます（いわゆる「ホワイトアウト」）。同様の理由から、アクティブソナーは散乱を最小限に抑えるために狭いビームで送信する必要があります。

アクティブソナーは、物体（機雷、パイプライン、動物プランクトン、地質構造、魚類など）からのソナーの散乱を利用して物体を検出しますが、この能力は偽のターゲット、つまり「クラッター」からの強い散乱によって隠されてしまうことがあります。クラッターが発生する場所（砕波の下、^{[ 42 ]}船の航跡、海底の浸出や漏洩から放出されるガス^{[ 43 ]}など）では、ガス泡は強力なクラッター源となり、ターゲットを容易に隠してしまう可能性があります。TWIPS（Twin Inverted Pulse Sonar）^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}は、現在このクラッターの問題を克服できる唯一のソナーです。

これは、近年の紛争の多くが沿岸海域で発生しており、機雷の有無を検知できないことが軍艦に危険や遅延をもたらすだけでなく、紛争終結後も長期間にわたり地域を支援しようとする船団や商船の支援にも役立つため重要である。^{[ 44 ]}

潜水艦などのアクティブソナーの目標物からの音響反射特性は、目標強度として知られています。複雑な点として、クジラ、航跡、魚群、岩礁など、海中の他の物体からも反響音が得られることが挙げられます。

パッシブソナーは、目標物から放射されるノイズ特性を検出します。放射スペクトルは、特定の周波数にピークを持つ連続的なノイズスペクトルで構成されており、分類に利用できます。

攻撃を受けている艦艇は、騒音レベルを上昇させ、大きな偽の標的を作り出し、艦艇自身の痕跡を隠蔽するために、能動型（動力式）対抗手段を発動することがある。

受動的な（つまり、電源を必要としない）対策には以下が含まれる。

• ノイズ発生装置を遮音装置に取り付ける。
• 潜水艦の船体に施される吸音コーティング、例えば無響タイルなど。

最近まで、船舶用ソナーは通常、船体中央部または船首に搭載されたアレイで構成されていました。しかし、運用開始後すぐに、流体騒音を低減する手段が必要であることが判明しました。当初はフレームにキャンバスを張ったものが用いられ、その後鋼鉄製のものが使われるようになりました。現在では、ドームは通常、強化プラスチックまたは加圧ゴムで作られています。このようなソナーは、運用中は主にアクティブ方式で動作します。従来の船体搭載型ソナーの一例として、SQS-56が挙げられます。

船舶騒音の問題があるため、曳航式ソナーも使用されています。これらはより深い水深に設置できるという利点がありますが、浅瀬での使用には制限があります。これらは曳航式アレイ（リニア）または2D/3Dアレイを備えた可変深度ソナー（VDS）と呼ばれます。問題点は、展開/回収に必要なウインチが大型で高価であることです。VDSセットは主にアクティブ動作ですが、曳航式アレイはパッシブ動作です。

現代の能動・受動型曳航ソナーの一例として、タレス・アンダーウォーター・システムズ社製のソナー2087が挙げられる。

現代の魚雷は一般的にアクティブ／パッシブソナーを搭載している。これは目標を直接ホーミングするために使用されるが、航跡ホーミング魚雷も使用される。音響ホーミング魚雷の初期の例としては、マーク37魚雷が挙げられる。

魚雷対策装置には、曳航式と自由式がある。初期の例としては、ドイツのジーグリンデ装置があり、ボールドは化学兵器を用いた装置だった。米国で広く使用された装置としては、曳航式のAN/SLQ-25ニクシーがあり、移動式潜水艦シミュレーター（MOSS）は自由式装置だった。ニクシーシステムの現代的な代替品としては、英国海軍のS2170水上艦魚雷防御システムがある。

機雷には、目標を探知、位置特定、認識するためのソナーが搭載されている場合がある。CAPTOR機雷はその一例である。

機雷対策（MCM）ソナーは、「機雷および障害物回避ソナー（MOAS）」とも呼ばれ、小型物体の探知に使用される特殊なソナーです。MCMソナーのほとんどは船体に搭載されていますが、一部はVDS設計です。船体に搭載されるMCMソナーの例としてはType 2193があり、SQQ-32機雷探知ソナーとType 2093システムはVDS設計です。

潜水艦は水中ではレーダーを使用できないため、水上艦艇よりもソナーに大きく依存している。ソナーアレイは船体に搭載される場合と曳航される場合がある。標準的な装備に関する情報は、オヤシオ級潜水艦およびスウィフトシュア級潜水艦の項に記載されている。

ヘリコプターは、アクティブ/パッシブソノブイのフィールドを展開することで対潜水艦戦に使用できるほか、AQS-13のようなディッピングソナーを運用することもできます。固定翼機もソノブイを展開でき、より長い航続時間と展開能力を備えています。ソノブイまたはディッピングソナーからの情報は、機上または艦上で処理できます。ディッピングソナーは、日々の状況に適した深度まで展開できるという利点があります。ヘリコプターは、AQS-20Aのような曳航式ソナーを使用した機雷掃海任務にも使用されています。

専用のソナーは、水中通信のために船舶や潜水艦に搭載することができる。

米国は1950年に、アメリカン・テレフォン・アンド・テレグラフ社（AT&T）のベル研究所とウェスタン・エレクトリック社の製造部門が開発と設置を請け負い、音響監視システム（SOSUS）という機密名で受動的な固定海洋監視システムのシステムを開始した。このシステムは、音速が最小となることで導波管が形成され、低周波音が数千マイル伝わるSOFARチャネル（深海音チャネルとも呼ばれる）を利用した。^{[ 48 ] [ 49 ]}

分析は、音声分析用に開発され、低周波水中音の分析用に改良された、音の時間周波数分析を表す視覚的なスペクトログラムに音を変換する AT&T サウンドスペクトログラフに基づいて行われた。このプロセスは低周波分析および記録と呼ばれ、装置は低周波分析装置および記録装置と呼ばれ、どちらも LOFAR という頭字語が付​​けられている。LOFAR の研究はJezebelと呼ばれ、このプロセスを使用し、時には名前に「Jezebel」を使用するソノブイなど、航空および水上システムでの使用につながった。^{[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]}提案されたシステムは長距離潜水艦探知の可能性を秘めていたため、海軍は直ちに実装するよう命じた。^{[ 49 ] [ 52 ]}

1951年に試験アレイが設置され、続いて40素子の本格的なプロトタイプ運用アレイが設置されるまでの間、1958年には機密解除されたプロジェクト・シーザーという名称で、大西洋と太平洋にシステムが設置された。当初のシステムは、機密任務を遂行するために「海洋調査」に従事していると説明された海軍施設（NAVFAC）と呼ばれる機密の沿岸基地で終端されていた。システムは、より高度なケーブルを使用して複数回アップグレードされ、アレイを海洋盆地に設置したり、処理能力を向上させたりすることが可能になった。^{[ 48 ] [ 49 ]}

沿岸局は、1990年代にかけてアレイを中央処理センターに統合および再ルーティングする過程で廃止されました。1985年、新しい移動式アレイやその他のシステムが運用開始されたため、システム全体の名称は統合海底監視システム（IUSS）に変更されました。1991年、システムの任務は機密解除されました。その前年には、IUSSの記章の着用が許可されました。科学研究​​のために一部のシステムへのアクセスが許可されました。^{[ 48 ] [ 49 ]}

同様のシステムはソビエト連邦でも運用されていたと考えられている。

ソナーは、潜水工作員やその他のスキューバダイバーの探知に利用できます。これは、船舶周辺や港湾の入り口などで応用可能です。アクティブソナーは、抑止力や無力化装置としても使用できます。ケルベロスシステムはその一例です。

吸着機雷探知ソナー（LIMIS）は、視界の悪い水中で吸着機雷を探すために、哨戒ダイバー（戦闘潜水員や掃海ダイバー）向けに設計された、手持ち式またはROV搭載型の画像ソナーです。

LUISは、ダイバーが使用するもう一つの画像ソナーである。

統合ナビゲーションソナーシステム（INSS）は、距離を表示する小型の懐中電灯型のダイバー用ハンドヘルドソナーです。^{[ 53 ] [ 54 ]}

これは、敵対的なアクティブソナーからの電波を検知し、位置を特定するために設計されたソナーである。その一例として、イギリスのヴァンガード級潜水艦に搭載されているタイプ2082が挙げられる。

漁業は需要が伸びている重要な産業ですが、深刻な資源問題により世界の漁獲量は減少しています。この産業は、持続可能な状態に達するまで、世界規模での統合が続く未来に直面しています。しかし、漁船団の統合は、センサー、ソナー、音響探知機などの高度な魚群探知電子機器への需要を高めています。歴史的に、漁師は魚を探して漁獲するためにさまざまな技術を使用してきました。しかし、音響技術は、現代の商業漁業の発展を牽引する最も重要な原動力の1つとなっています。

魚の浮き袋は空気で満たされており、海水とは密度が異なるため、音波は水中と魚の中を伝わる速度が異なります。この密度の違いを利用して、反射音によって魚群を検知することが可能です。音響技術は、水中では音が空気中よりも遠くまで速く伝わるため、水中用途に特に適しています。現在、商業漁船は魚の探知にほぼ完全に音響ソナーと音響測深機に依存しています。漁師はまた、アクティブソナーや音響測深機を用いて、水深、海底地形、海底組成を把握しています。

eSonar、 Raymarine 、Marport Canada、Wesmar、Furuno、Krupp、Simradなどの企業は、深海漁業向けに様々なソナーや音響機器を製造しています。例えば、ネットセンサーは水中での様々な計測を行い、その情報を船上の受信機に送信します。各センサーは、その機能に応じて1つまたは複数の音響トランスデューサーを備えています。データは無線音響テレメトリを使用してセンサーから送信され、船体に取り付けられたハイドロホンで受信されます。アナログ信号はデジタル音響受信機によって復号化され、高解像度モニターにグラフィック表示するためにブリッジコンピュータに送信されるデータに変換されます。

音響測深は、船舶の下の水深を測定するために使用されるプロセスです。アクティブソナーの一種である音響測深は、音響パルスを海底に直接送信し、送信から海底に到達して反射して送信元の船舶に戻ってくるまでの時間を測定します。音響パルスは、反射エコーも受信するトランスデューサーによって発信されます。水深の測定値は、水中での音速（平均1,500メートル毎秒）に発信から反射までの時間を乗じることによって計算されます。^{[ 55 ]}

漁業における水中音響技術の価値は、音響測深機と同様の仕組みで動作する他の音響機器の開発につながったが、それらの機能は音響測深機の初期モデルとは若干異なるため、異なる名称が付けられている。

ネットサウンダーは、船底ではなくネットの先端にトランスデューサーを取り付けた音響測深機です。ただし、通常の音響測深機よりもトランスデューサーから表示装置までの距離がはるかに長いため、いくつかの改良が必要となります。主なタイプは2種類あります。1つ目はケーブル式で、信号はケーブルを通して送信されます。この場合、作業の各段階でケーブルを巻き上げたり、発射したり、収納したりするためのケーブルドラムを用意する必要があります。2つ目はケーブルレス式ネットサウンダー（Marport社のTrawl Explorerなど）で、信号はネットと船体に取り付けられた受信機ハイドロホンとの間で音響的に送信されます。この場合、ケーブルドラムは不要ですが、トランスデューサーと受信機には高度な電子機器が必要です。

網測深機のディスプレイには、音響測深機の船体に取り付けられたトランスデューサーのように水深ではなく、網と海底（または水面）との距離が表示されます。網のヘッドラインに固定されたフットロープは通常見ることができ、網の性能の目安となります。網に入った魚も見えるため、できるだけ多くの魚を捕獲するために微調整を行うことができます。網の中の魚の量が重要な他の漁業では、網のコッドエンドのさまざまな位置にキャッチセンサートランスデューサーが取り付けられています。コッドエンドが魚でいっぱいになると、これらのキャッチセンサートランスデューサーが1つずつ作動し、この情報が音響的に船橋のディスプレイモニターに送信されます。船長は、網を引き上げるタイミングを決定できます。

複数の素子を持つトランスデューサーを使用する現代の網測深機は、音響測深機というよりはソナーに近い機能を持ち、初期の網測深機が使用していた垂直方向の視野だけでなく、網の前方の領域を断面表示します。

ソナーは、方向性を持つ音響測深機であり、船舶周辺の魚やその他の物体を表示することができる。

遠隔操作型無人潜水機（ROV）や無人潜水機（UUV）には、濁った水中でも運用できるよう、小型ソナーが搭載されている。これらのソナーは、機体の前方を偵察するために使用される。AN /BLQ-11長期機雷偵察システムは、機雷掃海（MCM）を目的としたUUVである。

ビーコンとして機能するソナーは、航空機に搭載され、海上での墜落事故の際に機体の位置を特定できるようにする。位置特定には、LBLなどの短基線ソナーや長基線ソナーが使用される。

2013年、米国のある発明家が、超音波センサーと触覚フィードバックシステムを備えた「スパイダーセンス」ボディスーツを発表した。このスーツは、迫りくる脅威を装着者に警告し、目隠しをしていても攻撃者に対応できるようにする。^{[ 56 ]}

アクティブソナー技術を使用して、魚類やその他の海洋生物、水生生物を検出し、個体サイズや総バイオマスを推定します。音波パルスは、周囲の媒体とは異なる密度を持つ物体から反射します。これには魚類、より具体的には魚類の空気で満たされた浮き袋が含まれます。^{[ 57 ]}これらのエコーは、魚のサイズ、位置、個体数、行動に関する情報を提供します。これは、魚の浮き袋（ニシン、タラ、スケトウダラなど）に特に効果的ですが、浮き袋を持たない魚（サメ、サバ、ヒラメなど）にはあまり役に立ちません。^{[ 58 ]}水柱からのデータは、通常、海底や物体検出データとは異なる方法で処理され、このデータタイプは専用のソフトウェアで処理できます。^{[ 57 ]}

海底またはプラットフォームに設置された上向き音響測深機を用いて、波高と周期を測定することができる。この測定結果から、ある地点における海面状況の統計情報を導き出すことができる。

水流速度を測定するために、特殊な短距離ソナーが開発された。

海底を泥、砂、砂利などに分類できるソナーが開発されている。音響測深機のような比較的シンプルなソナーも、アドオンモジュールを介して海底分類システムに拡張でき、エコーパラメータを堆積物の種類に変換する。様々なアルゴリズムが存在するが、いずれも反射された音響測深機の音波のエネルギーや形状の変化に基づいている。高度な海底分類分析は、校正済みの（科学用）音響測深機と、音響データのパラメトリック分析またはファジー論理分析を用いることで実現できる。

サイドスキャンソナーは、海底のすぐ上をソナーを移動させることで、海底地形図（水深測量図）を作成するために使用できます。GLORIAのような低周波ソナーは大陸棚全体の調査に使用され、高周波ソナーはより狭い範囲の詳細な調査に使用されます。

大型水上船舶に搭載された船体搭載型マルチビーム音響測深機は、ほぼリアルタイムで広範囲の海底地形データを生成する。例えば、ゼネラル・インスツルメンツ社の「シービーム」システムは、キールに沿って設置されたプロジェクターアレイを用いて、扇状のビームで海底を音響照射する。船体横方向に設置されたハイドロフォンアレイからの信号は処理され、プロジェクタービームと直角に交差する複数の仮想扇状ビームが合成される。

ソナーデータを用いて2次元および3次元画像を生成する。

海底上層部のプロファイルを取得するために、強力な低周波音響測深機が開発されてきた。最新の装置の一つは、Innomar社のSES-2000 quattroマルチトランスデューサーパラメトリックSBPであり、例えばパック湾で水中考古学目的で使用されている。^{[ 59 ]}

海底またはその近くから、複数の発生源からガス泡が漏れ出すことがあります。これらは、受動ソナー^{[ 60 ]}と能動ソナー^{[ 43 ]}の両方で検出できます（模式図^{[ 60 ]}では、それぞれ黄色と赤色のシステムで示されています）。

メタンと二酸化炭素の自然漏出が発生する。^{[ 43 ]}ガスパイプラインは漏洩する可能性があり、炭素回収・貯留施設（CCSF、例えば、抽出された大気中の炭素を貯蔵する枯渇した油井）からの漏洩を検知できることが重要である。^{[ 61 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]}ガスの漏洩量を定量化することは困難であり、アクティブソナーとパッシブソナーを使用して推定することはできるが、ソナーデータからそのような推定を行うことに内在する仮定のため、その精度を疑問視することが重要である。^{[ 60 ] [ 65 ]}

様々な合成開口ソナーが研究室で開発され、その一部は機雷探知・捜索システムで実用化されている。その動作原理については、「合成開口ソナー」の項で説明されている。

パラメトリック光源は、水の非線形性を利用して、2 つの高周波間の差周波数を生成します。仮想エンドファイアアレイが形成されます。このようなプロジェクターは、広帯域幅、狭いビーム幅、そして完全に発達して注意深く測定すれば明らかなサイドローブがないという利点があります。パラメトリックアレイを参照してください。主な欠点は、効率がわずか数パーセントと非常に低いことです。^{[ 66 ]} PJ Westervelt は、関連する傾向をまとめています。^{[ 67 ]}

アクティブソナーとパッシブソナーの両方の使用は、さまざまな地球外環境で提案されています。^{[ 68 ]} 1つの例はタイタンで、アクティブソナーを使用して炭化水素の海の深さを決定し、^{[ 69 ]}パッシブソナーを使用してメタンの降下物を検出することができます。^{[ 70 ]}

地球環境と地球外環境の違いを適切に考慮しない提案は、誤った測定結果につながる可能性がある。^{[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] [ 76 ]}

研究によると、アクティブソナーの使用は海洋哺乳類の大量座礁につながる可能性がある。^{[ 77 ]}座礁の最も一般的な犠牲者であるクジラ類は、中周波アクティブソナーに非常に敏感であることが示されている。^{[ 78 ]}シロナガスクジラなどの他の海洋哺乳類もソナーの発生源から逃げるが、^{[ 79 ]}イルカの大量座礁の最も可能性の高い原因は海軍の活動であると示唆されている。^{[ 80 ]}

一部の研究に資金を提供した米海軍は、今回の調査結果はソナーに対する行動反応を示しただけであり、実際の危害を示したものではないと述べたが、「新たな研究結果を踏まえて、海洋哺乳類の保護措置の有効性を評価する」とした。^{[ 77 ]} 2008年の米最高裁判所の米海軍によるソナー使用に関する判決では、ソナーが海洋哺乳類に危害を加えたり、殺したりしたことが決定的に証明された事例はないと指摘された。^{[ 81 ]}

クジラやイルカなどの一部の海洋動物は、捕食者や獲物の位置を特定するために、バイオソナーと呼ばれることもあるエコーロケーションシステムを使用します。南カリフォルニア湾のシロナガスクジラに対するソナーの影響に関する研究では、中周波ソナーの使用がクジラの摂食行動を阻害することが示されています。これは、ソナーによる摂食の阻害と質の高い獲物群からの排除が、ヒゲクジラの採餌生態、個体の適応度、および個体群の健康に、これまで記録されていなかった重大な影響を与える可能性があることを示唆しています。^{[ 82 ]}

ソナーを使用した海軍演習に関連したクジラの大量座礁に関する証拠のレビューが2019年に発表された。このレビューは、中周波アクティブソナーの影響はキュビエオウギハクジラに最も強く現れるが、個体や個体群によって異なると結論付けた。このレビューは、個々の動物の反応の強さは、以前にソナーに曝露されたことがあるかどうかに依存する可能性があり、座礁したクジラに減圧症の症状が見られ、これはソナーに対するそのような反応の結果である可能性があると示唆した。このレビューは、以前に複数の座礁が報告されていたカナリア諸島では、ソナーを使用した海軍演習がその地域で禁止されてからは、それ以上の大量座礁は発生していないと指摘し、大量座礁が引き続き発生している他の地域にも禁止を拡大することを推奨した。^{[ 83 ] [ 84 ]}

低周波ソナーは、一部の魚の聴覚閾値に一時的なわずかな変化を引き起こす可能性がある。 ^{[ 85 ] [ 86 ] [ a ]}

• ワシントン大学水産音響研究室（FAR）
• NOAA（米国海洋大気庁）の漁業音響調査に関するプロトコル
• 音響学入門― 淡水域における水音響学を用いた資源評価のための優れたハウツー参考書
• 「漁業および水生生態学における音響学」
• 「水中音響プロトコル – 湖沼、貯水池、低地河川」（魚類生息状況評価用）
• シモンズ、E.ジョン、およびDNマクレナン。『漁業音響学：理論と実践』第2版。魚類および水生資源シリーズ、10。オックスフォード：ブラックウェル・サイエンス、2003年。ISBN 978-0-632-05994-2。