曳航式アレイソナー

曳航式アレイソナーは、潜水艦や水上艦艇の後ろにケーブルで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水中聴音器を船の後ろに曳航することで、アレイのセンサーを船自身のノイズ源から遠ざけることができ、信号対雑音比が大幅に向上し、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および追跡する効果が向上します。^{[ 2 ]}

曳航式ソナーアレイは、船体搭載型ソナーに比べて解像度と探知範囲に優れています。また、船体搭載型ソナーの死角であるバッフルもカバーできます。ただし、このシステムを効果的に使用するには船舶の速度が制限されるため、ケーブルの損傷を防ぐための注意が必要です。

第一次世界大戦中、アメリカ海軍の物理学者ハーベイ・ヘイズによって「エレクトリック・イール」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。このシステムは、それぞれ12個のハイドロフォンが取り付けられた2本のケーブルを使用していた。このプロジェクトは戦後中止された。^{[ 2 ]}

アメリカ海軍は、ソ連による原子力潜水艦の開発に対応して、1960年代に曳航式アレイ技術の開発を再開した。^{[ 2 ]}

水上艦艇では、曳航式アレイケーブルは通常ドラムに収納され、使用時に艦艇の後方に巻き取られる。米海軍潜水艦では、曳航式アレイは通常、艦体に沿って取り付けられた船外チューブ内に収納され、右舷尾に開口部がある。^{[ 2 ]}また、バラストタンク（自由浸水域）内にも機器が設置されており、システムを操作するキャビネットは潜水艦内部にある。^{[ 3 ]}

曳航式アレイシステムの水中聴音器は、ケーブルに沿って一定の間隔で配置され、両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保っています。同様に、さまざまな要素が上下に角度を付けて配置され^{[ 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。あるいは、深度検出を補助するために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、推進装置によって発生するノイズ（キャビテーションや船体流ノイズ）、振動、乱流によってその有効性が低下するためであり、船に搭載されたアレイと同じ問題が繰り返されるからです。水上艦艇で使用される監視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、深度調整可能な遠隔操作無人潜水機（ROV）を牽引します。ROVコネクタから別の重り付きケーブルが伸びており、曳航アレイをより低い深度に降ろすことができます。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、曳航式アレイを異なる温度層に展開することが可能になり、水上対潜水艦戦（ASW）艦艇は、その温度層の上と下の両方を視認できるようになります。これは、音波が温度層の上または下で反射によって伝わる際の密度と温度の差を補正するものです。アレイの「尾部」を温度層の下に沈めることで、水上ASW艦艇は、暖かい上層の下の冷たい水に潜む静かな水中目標をより効果的に探知できます。同様に、潜水艦も、アレイの尾部を温度層の上に浮かせながら、その下に潜伏することで、水上戦闘艦艇を監視することができます。

アレイの水中聴音器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という信号処理技術を用いて、音源までの距離と方向を計算できるだけでなく、船舶の機械音の独特な音響特性から船舶の種類を識別できる点にあります。そのためには、水中聴音器の相対位置を知る必要がありますが、これは通常、ケーブルが直線状（安定）である場合、またはケーブルに組み込まれた自己感知システム（ひずみゲージを参照）やGPSなどの方法を用いて水中聴音器素子の相対位置を報告し、アレイの形状を監視して曲率を補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の探知範囲を持ち、重量は16トンである。^{[ 5 ]}より重いCAPTAS-4は20～34トンの重量があり、最大150kmの探知範囲を持つとされている。^{[ 6 ] [ 7 ]}

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