Analizator i rejestrator niskich częstotliwości (LOFAR) - Low Frequency Analyzer and Recorder (LOFAR)
Dwa blisko spokrewnione warunkach, Ni w F requency A nalyzer i R ecorder i niskiej częstotliwości analizy i zapisu łożyska skrót Lofar , zajmują urządzenia i procesu, odpowiednio do przedstawienia wizualne przedstawienie widma dźwięku o niskiej częstotliwości w czasie analiza częstotliwości . Proces ten był pierwotnie stosowany w stałych, pasywnych systemach sonarowych przeciw okrętom podwodnym , a później w sonobuoy i innych systemach. Pierwotnie analiza była elektromechaniczna, a wyświetlacz został wykonany na elektrostatycznym papierze do zapisu, Lofargramie, z silniejszymi częstotliwościami przedstawionymi jako linie na tle szumu. Analiza została przeniesiona do wersji cyfrowej i zarówno analiza, jak i wyświetlanie były cyfrowe po poważnej konsolidacji systemu w scentralizowane centra przetwarzania w latach 90.
Zarówno sprzęt, jak i proces miały specyficzne i sklasyfikowane zastosowanie w stałych sonarach obserwacyjnych i były podstawą systemu nadzoru dźwiękowego (SOSUS) marynarki wojennej Stanów Zjednoczonych, stworzonego na początku lat pięćdziesiątych XX wieku. Badaniom i rozwojowi systemów wykorzystujących LOFAR nadano kryptonim Project Jezebel . Instalacja i konserwacja SOSUS odbywała się pod niesklasyfikowaną nazwą kodową Project Caesar . Zasada została później zastosowana do taktycznych systemów sonarowych powietrznych, nawodnych i podwodnych, przy czym niektóre z nich zawierają nazwę „Jezebel”.
Pochodzenie
W 1949 r., Kiedy Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych zwróciła się do Komitetu ds. Wojny Podmorskiej, akademickiej grupy doradczej utworzonej w 1946 r. W ramach Narodowej Akademii Nauk w celu zbadania działań wojennych przeciwko okrętom podwodnym. W rezultacie Marynarka Wojenna utworzyła grupę badawczą pod kierownictwem Massachusetts Institute of Technology (MIT) pod nazwą Project Hartwell . Panel Hartwell zalecił wydawanie 10 000 000 USD (równowartość 107 450 000 USD w 2019 r.) Rocznie na opracowanie systemów przeciwdziałających zagrożeniu sowieckimi okrętami podwodnymi, składającymi się głównie z dużej floty okrętów podwodnych z silnikiem wysokoprężnym. Jedną z rekomendacji był system monitorowania dźwięków o niskiej częstotliwości w kanale SOFAR przy użyciu wielu miejsc odsłuchowych wyposażonych w hydrofony i urządzenie do przetwarzania, które mogło obliczyć pozycje łodzi podwodnych na odległość setek mil.
Office of Naval Research (ONR), a następnie umowę z amerykańskim Telephone and Telegraph Company (AT & T), z Bell Laboratories badania i Western Electric produkcji elementów do stworzenia duży zasięg, system detekcji pasywnej, na podstawie tablic dennych hydrofonów. Proponowane rozwiązanie zostało oparte na spektrografie dźwięku AT&T, który przekształcił dźwięk w wizualny spektrogram przedstawiający analizę dźwięku w czasie i częstotliwości, który został opracowany do analizy mowy i zmodyfikowany w celu analizy podwodnych dźwięków o niskiej częstotliwości. Proponowany system dawał taką obietnicę wykrywania okrętów podwodnych dalekiego zasięgu, że Marynarka Wojenna zleciła natychmiastowe wykonanie działań.
Zastosowanie do nadzoru podmorskiego
Roboczy model analizatora i rejestratora niskich częstotliwości został dostarczony w maju 1951 r., Który działał z analizą w czasie rzeczywistym pasma częstotliwości od 1 do 1/2 Hz. Wraz z modelem roboczym pojawiła się propozycja hydrofonów, kabli, systemów przetwarzania i formowania wiązki, tak aby zestaw hydrofonów mógł prezentować wiele wiązek azymutalnych do wyświetlenia.
Każdy system, od obiektu lądowego do zestawu przetworników, był zestawem sonaru, którego przetwarzanie sygnału rozpoczynało się w momencie wzmocnienia sygnałów układu, przetworzenia na wiązki z opóźnieniem czasowym, a każda wiązka była przetwarzana przez elektromechaniczny analizator widma, a wyświetlacz był przemiataniem częstotliwości. intensywność widma wypaliła się na papierze elektrostatycznym poruszającym się na osi czasu.
Ruchy rysika rejestrujące intensywność dźwięku wzdłuż osi częstotliwości utworzyły zapis czasowy szumu tła i określonych odbioru częstotliwości, które utworzyły linie. Reprezentując częstotliwości generowane przez łopaty śmigieł lub maszyny, mogą one tworzyć podpis łodzi podwodnej lub nawodnej, który można by rozpoznać i wykorzystać do zlokalizowania i zidentyfikowania źródła. Częstotliwość względem osi czasu może pokazywać zmiany częstotliwości z określonego źródła, a tym samym zmiany w zachowaniu źródła. W odniesieniu do statków mogą to być zmiany prędkości lub inne zmiany, w tym przesunięcie Dopplera wskazujące na zmiany kierunku, mające wpływ na odbierane częstotliwości.
Po udanych testach z amerykańskim okrętem podwodnym przy użyciu tablicy testowej w Eleuthera Marynarka Wojenna zamówiła sześć systemów LOFAR do instalacji. Stacjom przybrzeżnym, na których zakończono działający układ i kable, składające się na zestaw sonarów obserwacyjnych, nadano ogólny i nieujawniający termin Naval Facilitity (NAVFAC). Podłoga zegarka NAVFAC miała banki wyświetlaczy, po jednym dla każdej wiązki macierzy.
Pierwsza faza instalacji została w dużej mierze ukończona w latach 1954 i 1958. We wrześniu 1963 r. Rozpoczęto modernizację przetwarzania sygnałów w całym systemie, w wyniku której analizator elektromechaniczny został zastąpiony cyfrową analizą widma wraz z modernizacją rejestratorów wyświetlających. system analizy widma został dodatkowo zmodernizowany o systemy zmodernizowane w latach 1966–1967. Nowy system zainstalowany w 1973 r. rozpoczął generalną modernizację do pełnej cyfrowej analizy sygnału, która była kontynuowana do 1981 r. Ten system, wykorzystujący komputer cyfrowy o dużej pojemności, w pełni zdigitalizował analizę widma i miał pewne automatyczne wykrywanie sygnatur akustycznych. System wyświetlaczy elektrostatycznych został zastąpiony wyświetlaczami cyfrowymi dopiero w latach 90. ubiegłego wieku, kiedy skonsolidowano systemy macierzy kończące się w poszczególnych obiektach marynarki wojennej, które zostały skierowane do centralnych ośrodków przetwarzania.
Inne zastosowania w walce z okrętami podwodnymi
Równoległy wysiłek badawczo-rozwojowy mający na celu zbadanie zastosowań nazwano Projekt Jezebel . Pochodzenie nazwy projektu zostało wyjaśnione przez dr Roberta Frosch do senatora Stennis podczas 1968 słuchu. Było to spowodowane niskimi częstotliwościami, „około A poniżej środkowego C na fortepianie” (około 100-150 cykli) i „Jezebel” została wybrana, ponieważ „miała niski charakter”.
Jezebel i LOFAR rozszerzyły swoją działalność o lokalizację okrętów podwodnych dzięki pasywnemu dookólnemu sonobie AN / SSQ-28 Jezebel-LOFAR, wprowadzonym w 1956 roku do użytku przez powietrzne siły przeciw okrętom podwodnym. Ten sonobuoy dał samolotowi sterowanemu przez SOSUS dostęp do tej samej niskiej częstotliwości i możliwości LOFAR, co SOSUS. Korelacja opóźnienia czasowego Bell Telephone Laboratories została wykorzystana do ustalenia pozycji docelowej za pomocą dwóch lub więcej sonobuoy w technice o nazwie COrrelation Detection And Ranging (CODAR). Te i później wyspecjalizowane sonobuoy wyposażone w mały ładunek wybuchowy mogą być używane w trybie aktywnym do wykrywania echa od celu. Tryb aktywny został nazwany przez inżynierów rozwijających technikę „Julie” na cześć tancerki burleski, której „występ mógł uaktywnić boje pasywne”.