Анализатор и регистратор низких частот и Анализ и запись низких частот ( LOFAR ) — это оборудование и процесс соответственно для представления визуального спектрального представления низкочастотных звуков в частотно -временном анализе . Первоначально этот процесс применялся к стационарным пассивным противолодочным гидролокационным системам наблюдения, а затем к гидроакустическим буям и другим системам. Первоначально анализ был электромеханическим, а отображение производилось на электростатической бумаге для записи, Lofargram, с более сильными частотами, представленными в виде линий на фоне фонового шума. Анализ перешел на цифровую основу, и как анализ, так и отображение стали цифровыми после крупной консолидации систем в централизованные центры обработки в 1990-х годах.
Как оборудование, так и процесс имели специфическое и секретное применение в стационарных системах гидролокации наблюдения и стали основой для Системы звукового наблюдения за океаном (SOSUS) ВМС США, созданной в начале 1950-х годов. Исследования и разработки систем, использующих LOFAR, получили кодовое название Project Jezebel . Установка и обслуживание SOSUS проходили под несекретным кодовым названием Project Caesar . Этот принцип позднее был применен к воздушным, надводным и подводным тактическим гидролокационным системам, некоторые из которых получили название «Jezebel».
В 1949 году, когда ВМС США обратились в Комитет по подводной войне, академическую консультативную группу, сформированную в 1946 году при Национальной академии наук , для исследования противолодочной войны. [1] [2] В результате ВМС сформировали исследовательскую группу под названием «Проект Хартвелл» под руководством Массачусетского технологического института (MIT). Группа Хартвелла рекомендовала ежегодно выделять 10 000 000 долларов США (что эквивалентно 128 060 000 долларов США в 2023 году) на разработку систем противодействия советской подводной угрозе, состоящей в основном из большого флота дизельных подводных лодок. [3] [4] Одной из рекомендаций была система мониторинга низкочастотного звука в канале SOFAR с использованием нескольких мест прослушивания, оборудованных гидрофонами и обрабатывающей установкой, которая могла бы вычислять позиции подводных лодок на расстоянии в сотни миль. [1] [3] [5] [примечание 1]
Затем Управление военно-морских исследований (ONR) заключило контракт с American Telephone and Telegraph Company (AT&T) с ее исследовательскими лабораториями Bell Laboratories и производственными элементами Western Electric на разработку пассивной системы обнаружения на большом расстоянии, основанной на донных массивах гидрофонов. Предлагаемая разработка основывалась на звуковом спектрографе AT&T, который преобразовывал звук в визуальную спектрограмму, представляющую собой частотно-временной анализ звука, который был разработан для анализа речи и модифицирован для анализа низкочастотных подводных звуков. [1] [3] [6] Предлагаемая система предлагала такие перспективы обнаружения подводных лодок на большом расстоянии, что ВМС приказали немедленно приступить к ее внедрению. [3] [7]
Рабочая модель низкочастотного анализатора и регистратора была поставлена в мае 1951 года, которая работала с анализом в реальном времени в диапазоне частот от 1 до 1/2 Гц. Вместе с рабочей моделью было предложение по гидрофонам, кабелям, системам обработки и формированию луча , чтобы гидрофонная решетка могла представлять несколько азимутальных лучей для отображения. [7]
Каждая система, от берегового сооружения до решетки преобразователей, представляла собой гидролокационный комплект с обработкой сигнала, начинающейся с усиления сигналов решетки, преобразованных в лучи с помощью временной задержки, а каждый луч обрабатывался электромеханическим анализатором спектра, при этом отображение представляло собой развертку интенсивности частотного спектра, записанную на электростатической бумаге для записи, движущейся по оси времени. [8]
Взмахи стилуса, регистрирующие интенсивность звука вдоль оси частот, сформировали временную запись фонового шума и определенных частотных приемов, которые образовали линии. При представлении частот, генерируемых лопастями винта или механизмами, они могли бы сформировать сигнатуру подводной лодки или надводного корабля , которая могла бы быть распознана и использована для определения местоположения и идентификации источника. Частота против временной линии может показать изменения частоты от определенного источника и, таким образом, изменения в поведении источника. Что касается судов, то это могут быть изменения скорости или другие изменения, включая доплеровский сдвиг, указывающий на изменения направления, имеющие влияние полученных частот. [примечание 2] [1] [9]
После успешных испытаний с американской подводной лодкой, использующей тестовую решетку в Эльютере, ВМС заказали шесть систем LOFAR для установки. Береговые станции, где заканчивались оперативная решетка и кабель, составляющие наблюдательный гидролокатор, получили общее и нераскрывающее название Naval Facility (NAVFAC). На вахтенном этаже NAVFAC были банки дисплеев, по одному для каждого луча решетки. [3] [7]
Первая фаза установок была в основном завершена в 1954 и 1958 годах. [3] Модернизация обработки сигналов в масштабах всей системы началась в сентябре 1963 года, в ходе которой электромеханический анализатор был заменен цифровым спектральным анализом с обновлением регистраторов дисплеев. Система анализа спектра была дополнительно модернизирована с помощью систем, модернизированных между 1966 и 1967 годами. Новая система, установленная в 1973 году, начала общую модернизацию до полного цифрового анализа сигналов, которая продолжалась до 1981 года. Эта система, используя высокопроизводительный цифровой компьютер, полностью оцифровала спектральный анализ и имела некоторое автоматическое обнаружение акустических сигнатур. Система электростатических дисплеев не была заменена цифровыми дисплеями до консолидации в 1990-х годах систем массивов, заканчивающихся на отдельных военно-морских объектах, направляемых в центральные обрабатывающие объекты. [8] [10]
Параллельные исследования и разработки для изучения приложений получили название Project Jezebel . [1] [3] Происхождение названия проекта было объяснено доктором Робертом Фрошем сенатору Стеннису во время слушаний в 1968 году. Оно было связано с низкими частотами, «примерно A ниже средней C на фортепиано» (около 100-150 циклов), а «Jezebel» было выбрано потому, что «она была низкого характера». [11]
Jezebel и LOFAR разветвились на локализацию подводных лодок с помощью пассивного всенаправленного гидроакустического буя AN/SSQ-28 Jezebel-LOFAR, представленного в 1956 году для использования воздушными противолодочными силами. Этот гидроакустический буй давал самолету, управляемому SOSUS, доступ к тем же низким частотам и возможностям LOFAR, что и SOSUS. Корреляция временной задержки Bell Telephone Laboratories использовалась для определения местоположения цели с помощью двух или более гидроакустических буев в технике, называемой COrrelation Detection And Ranging (CODAR). Этот, а позднее и специализированный гидроакустический буй, оснащенный небольшим взрывчатым зарядом, мог использоваться в активном режиме для обнаружения эха от цели. Активный режим был назван инженерами, разрабатывающими технику, «Джули» в честь танцовщицы бурлеска, чье «выступление могло сделать пассивные буи активными». [12]