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曳航アレイソナーは、ケーブルで潜水艦または水上艦の後ろに曳航される水中聴音器のシステムです。 [1]数キロメートルにも及ぶケーブルで船舶の後ろに水中聴音器を引きずることで、アレイのセンサーを船舶自体のノイズ源から遠ざけ、信号対雑音比を大幅に改善し、静かで低ノイズの潜水艦の脅威や地震信号などの微弱な接触を検出して追跡する効率を高めます。[2]
曳航式アレイは、船体搭載型ソナーに比べて解像度と範囲が優れています。また、船体搭載型ソナーの死角であるバッフルもカバーします。ただし、システムを効果的に使用すると船の速度が制限されるため、ケーブルを損傷から保護するために注意が必要です。
歴史
第一次世界大戦中、アメリカ海軍の物理学者ハーヴェイ・ヘイズによって「電気ウナギ」として知られる曳航式ソナーアレイが開発された。このシステムは最初の曳航式ソナーアレイ設計であると考えられている。2本のケーブルが使用され、各ケーブルには12個の水中聴音機が接続されていた。このプロジェクトは戦後中止された。[2]
アメリカ海軍は、ソ連の原子力潜水艦の開発に対応して、1960年代に曳航アレイ技術の開発を再開した。[2]
曳航アレイの現在の使用状況
水上艦艇では、曳航アレイケーブルは通常ドラムに収納され、使用時には船体後方に巻き取られる。米海軍の潜水艦では、曳航アレイは船体に沿って設置された船外管内に収納され、右舷尾部に開口部がある。[2]また、バラストタンク（自由浸水域）内にも機器が配置されており、システムの操作に使用されるキャビネットは潜水艦内にある。[3]
曳航アレイシステムのハイドロフォンは、ケーブルに沿って特定の距離に配置され、端の要素は音源を三角測量する基本的な能力を得るのに十分な距離を置いて配置されます。同様に、さまざまな要素が上または下に傾けられ[4]、ターゲットの推定垂直深度を三角測量する能力が得られます。または、深度検出を支援するために3つ以上のアレイが使用されます。
船のプロペラから最初の数百メートルには、通常、ハイドロフォンは設置されていません。これは、推進力によって発生するノイズ (キャビテーションや船体の流れのノイズ)、振動、乱流によって有効性が低下するためです。これにより、船に搭載されたアレイと同じ問題が繰り返されます。水上艦艇が使用する監視用曳航アレイ センサー システムには、ケーブルに取り付けられたソナー アレイがあり、このケーブルが深度調整可能な遠隔操作車両(ROV) を牽引します。別の重り付きケーブルが ROV コネクタから垂れ下がり、曳航アレイをより低い深度に落とす場合があります。長い地震ストリーマーには、その長さに沿って中間パラベーンがあり、これを使用してアレイの深度をリアルタイムで調整できます。
ROV の深度を変えることで、曳航アレイを異なる熱層に展開することができ、水上対潜水艦戦 (ASW) 船に層の上下の視界を与えることができます。これにより、反射によって熱層の上または下に音を伝える密度と温度の差が補正されます。アレイの「尾」を層の下に落とすことで、水上 ASW プラットフォームは、暖かい上層の下の冷たい水に隠れている静かな水中の接触をよりよく検出できます。潜水艦も同様に、アレイの尾を熱層の上に浮かべ、その下に潜んでいる水上戦闘員を監視することができます。
アレイのハイドロフォンは音源の検出に使用できますが、アレイの真の価値は、ビームフォーミングとフーリエ解析の信号処理技術を使用して、音源の距離と方向を計算できるだけでなく、機械音の独特の音響特性によって船舶の種類を識別することもできることです。これには、ハイドロフォンの相対的な位置を知る必要がありますが、これは通常、ケーブルが直線（安定）になっている場合、またはケーブルに埋め込まれた自己検知システム（ひずみゲージを参照）または GPS またはその他の方法でハイドロフォン要素の相対位置を報告し、アレイの形状を監視して曲率を修正する場合にのみ可能です。
例えば、タレス・アンダーウォーター・システムズのCAPTAS-2（パッシブおよびアクティブソナー）は、最大60kmの探知範囲を誇り、重量は16tである。[5]より重いCAPTAS-4は、重量が20～34tで、最大150kmの探知範囲を誇ります。[6] [7]
地球物理学における使用
曳航アレイシステムは、石油・ガス産業でも海底下の地質構造の地震探査に使用されています。[8]使用されるシステムは海軍のシステムと概念は似ていますが、通常はより長く、特定のアレイ内のストリーマーの数が多くなっています（場合によっては6つ以上）。各ストリーマーに沿ったハイドロフォンの一般的な間隔は2メートル程度で、各ストリーマーの長さは最大10kmです。ストリーマーを異なる高さで飛ばして、いわゆる3Dアレイを形成することもあります。
制限事項
曳航アレイ システムを効果的に使用するには、データ サンプリング間隔中、船舶がまっすぐで水平なコースを維持する必要があります。操縦、つまりコースの変更はアレイを乱し、サンプリングされたデータ ストリームの分析を複雑にします。これらの不安定な期間は、海上試験中に綿密にテストされ、乗組員の士官やソナーの専門家によって認識されています。最新のシステムでは、アレイの相対位置を要素ごとに常に自己測定し、ビーム形成の数学処理の一部としてコンピューターによって曲率を自動的に修正できるデータを報告することで補正します。
曳航アレイを展開している間、船舶は全体の最高速度も制限する必要があります。流体 抵抗は速度の二乗関数として増加するため、ケーブルが破れたり、係留ハードウェアが損傷したりする可能性があります。さらに、曳航アレイの浮力に応じて最低速度を設定する必要がある場合があります (軍用アレイは沈むようにバラストが充填されていますが、地球物理学用アレイは約 10 メートルで中性浮力になるはずです)。アレイは海底との接触や船舶が後進推進を行った場合にも損傷を受ける可能性があり、また、曲がりすぎた場合にも損傷を受ける可能性があります。
参照
参考文献
- ^ Petr Tichavský および Kainam Thomas Wong (2004 年 1 月)。「変形曳航アレイ方向探知のための準流体力学ベースの準ベイジアン Cramér–Rao 境界」(PDF)。IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING 。第 52 巻 (第 1 版)。p. 36。2016年 3 月 3 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2010 年 10 月 8 日に取得。
- ^ abcd Carlo Kopp (2009年12月)。「曳航式アレイソナーによる水中識別」(PDF)。Defence Today。pp . 32-33。
- ^ Affairs、この記事はMARMC PublicのShelby Westによって執筆されました。「MARMCのエンジニアがNUWC Newport OA-9070E牽引ハンドリングシステムのトレーニングを主催」。www.navy.mil 。 2020年2月9日閲覧。
{{cite web}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク) - ^ Thomas Folegot、Giovanna Martinelli、Piero Guerrini、J. Mark Stevenson (2008)。「複数の水中侵入者を同時に検出し位置を特定するアクティブ音響トリップワイヤー」。アメリカ音響学会誌。124 (5): 2852–2860。Bibcode :2008ASAJ..124.2852F。doi :10.1121/1.2977675。PMID 19045773 。
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - ^ 「CAPTAS-2」（PDF） .
- ^ ルカ・ペルッツィ。 「CAPTAS-4」（PDF）。
- ^ Luca Peruzzi (2022年5月25日). 「曳航式アクティブソナーシステム – 成長産業」
- ^ Qihu Li (2012)。中国の科学技術の先端トピック：水中音響におけるデジタルソナー設計：原理と応用。浙江大学出版局。p. 524。ISBN 978-7-308-07988-4。
外部リンク
- 曳航式ハイドロフォンアレイ（OSC）