為了取代日漸老舊的海自第一代海洋觀測艦明石號（AGS-5104），日本在平成8年度（1996年）編列一艘新海洋觀測艦的預算，由三菱下關廠建造，命名為日南號（AGS-5105），1999年建成服役。 曰南號的主要任務包括日本周邊海域與大洋的觀測工作，以及蒐集反潛戰、水雷戰所需的海洋數據。

日南號滿載排水量達4500噸，超過了先前的二見級。日南號是海自第一艘設置球型船首的海洋觀測艦，球型船首位於水線之下。日南級也採用了最新的柴電推進系統，包含兩具三菱重工S16U柴油 發電機組與一具次要的三菱重工S8U柴油發電機組，柴油機組帶動發電機產生電力，再將電力分配給推進用電動機來帶動推進器；如此，日南號能獲得更好的航行控制精確度。 日南級採用雙軸可變距螺旋槳推進，為了增加低速時的靈活度與船位精確控制能力，艦艏設置三組橫向推進器 ，此外艦體兩側設有與作戰艦艇類似的主動穩定鰭，在低速航行觀測時可顯著改善船體穩定性。

與二見級類似，日南號同樣在艦艏設置大型起重機來收放觀測用纜線，艦尾則設置起重機與絞盤來收放各項海洋觀測儀器。日南號的上層結構容積龐大，將指揮管制區域集中於內，以提高運作效率。為了改善長期海上作業能力，日南號特別重視改善生活起居空間，包括考慮到降低傳遞到艙室的噪音與震動 ，輪機射置在減音吸震的基座上，而減噪措施也有助於改善艦上海洋觀測儀器（例如聲納）運作時的效果，減少干擾。此外，艦上還特別規劃了供10名女性自衛官的獨立起居空間。日南號擁有最先進的海洋觀測儀器與電子處理控制系統，包括Sea Beam 2112海床測繪裝置、海洋觀測裝置一式（含多波束測深儀、海床地質採樣器和質子磁力儀）、音響觀測裝置一式（含WQM-10B浮子式以及沉底式聲波傳播測定裝置）、無人潜水觀測裝置一式等，其他探測裝置包括水溫記錄器、超音波多卜勒多層洋流速計、繫泊式自記流向流速計、氣像觀測裝置、測波儀等。艦上搭載11m長觀測作業艇與11m長作業艇各一艘。

為了取代排定在2009年除役（實際上在2010年）的二見號海洋觀測艦，日本在平成19年度（2007年）編列建造一艘新的海洋觀測艦，由三井重工玉野廠建造，命名為湘南號（AGS-5106），在2010年3月底服役，接替了同時除役的二見號。

與先前的日南號（AGS-5105）相較，湘南號的艦體尺寸與排水量略有減少，而且設計經過簡化，不再設置用來敷設電纜的艦艏起重機；為了壓低成本，艦體採用商規建造。如此，湘南號僅花費188億日圓，比日南號的328億日圓大幅減少。湘南號繼續使用柴油電力推進來增加控制精確度與肅靜性，而且是海自第一種以可轉式電動囊莢推進器來取代傳統大軸推進器的船艦，航行靈活度大幅提高。此外，艦艏也設置兩個橫向推進器來增加低速的靈活度。 煙囪左側搭載一艘11m長工作艇，右側則搭載一艘複合作業艇。

湘南號的海洋觀測裝置包括海水表層溫度鹽分記錄器、部署在海底的超音波多層海流流速計、水溫記錄裝置、電導率-溫度-深度探測儀（Conductivity Temperature Depth，CTD）、繫留式自記洋流流向流速計、拖曳式音源裝置等；艦橋下方到艦底的艙室設置了可變深度多波束聲學探測儀、海底地質採樣器以及收放絞車等。03甲板艦橋後方設置第一觀測室，第一甲板後部設置第二觀測室，用來分析處理採樣儀器獲得的資料與樣本；其中，第二觀測室稱為「濕觀測室」，是專門用於處理從海洋、海底取得的樣本的實驗室。 　

在2023年5月12日，三菱重工獲得合約，為海上自衛隊建造四艘船艦，包括兩艘多機能護衛艦（FFM-9、10）、一艘音響測定艦（響級的四號艦）以及一艘海洋觀測艦，總額888億日圓。

在1980年代冷戰後期，鑑於蘇聯新一代潛艦靜音性能突飛猛進，美國與日本蒐獲蘇聯潛艦的難度越來越高，因此勢必要建造更多搭載新型低頻聲納的音響測定艦來研究蘇聯潛艦的音頻特徵，增加西方反潛系統的運作效率。

在平成元年（1989年）與平成2年度，日本各編列建造一艘音響測定艦的預算，分別在1991與1992年服役，稱為響級。響級主要的任務，是在日本海周邊進行慢速的監聽作業，盡可能蒐集 他國潛艦與水面艦艇的各種聲紋；此外，也能用來評估本國船艦與潛艦的噪音程度與靜音效能。響級搭載美國開發的AN/UQQ-2拖曳聲納監聽系統（Survellance Towed Array Sonar System，SURTASS），這是一種長度極長的低頻聲納 ，拖曳深度150~460m，拖曳纜線長1800m，含聽音陣列全長2614m；為了確保SURTASS作業時的效能，測定船必須十分穩定，為此響級捨棄傳統船型，採用小水面雙船體（SWATH）構型，靠著船身兩側的潛體吃水來獲得浮力，而水線以下的船體為魚雷型，而水下船體還設有穩定鰭來增加縱向與橫向的穩定度。為了增加運作時的肅靜性，響級採用柴油電力推進， 四具單機功率各1320馬力的三菱S6U-MPTK柴油機柴油主機帶動發電機產生電力，再帶動兩具交流電動機來驅動推進器，噪音比傳統的齒輪、大軸傳動更低。SWATH船型提供了寬而方正的艦面甲板，而響級便在艦尾規劃一個直昇機起降平台，可供垂直補給之用。

根據Norman Friedman的著作世界海軍武器導引（Guide to World Naval Weapons Systems），日本的音響監視船編制人員中包括5名美國海軍的聲納技術人員，美日雙方人員共同操作艦上的SURTASS並分享情資；而在1988年日本開始建造饗級之前，日本參議院就曾詢問過這個問題。

值得一提的是，美國在1986年開始建造搭載SURTASS聲納系統的勝利號（Victorious class）從1991年8月至1993年總共有四艘建成服役（T-AGOS-19~22），同樣採用小水面雙體船設計，隨後又建造另一型小水面雙體構型的SURTASS搭載艦無瑕號（USNS Impeccable T-AGOS-23），在2001年服役。響級的艦型設計勝利號、無瑕號十分相似，也都裝備SURTASS，這顯示建造SWATH音響測定艦是美國與日本反潛戰略合作的一環，而響級顯然也與這些美國音響監聽船有相當的技術淵源。

日本海上自衛隊在2017年（平成29年）編列了第三艘音響測定艦（預算224億日圓），代號29AOS，艦上裝備日本國產「高性能聴音装置一式」拖曳陣列聲納。29AOS的設計咸信以饗級為基礎，仍採用小水面雙體船型。29AOS在2019年3月12日在三井工程與造船公司玉野造船廠舉行開工儀式，2020年1月15日下水，命名為安藝（AOS-4203），在2021年3月4日服役。在令和四年（2022年）預算中，海上自衛隊編列第四艘響級音響測定艦，預算198億日圓。
在2023年5月12日，三菱重工獲得合約，為海上自衛隊建造四艘船艦，包括第四艘響級音響測定艦。