Низкочастотный анализатор и регистратор
Низкочастотный анализатор и регистратор и низкочастотный анализ и запись ( LOFAR ) — это оборудование и процесс соответственно для представления визуального спектра низкочастотных звуков в частотно-временном анализе . Первоначально этот процесс применялся к пассивным противолодочным гидроакустическим системам стационарного наблюдения, а затем к гидроакустическим буям и другим системам. Первоначально анализ был электромеханическим, а изображение производилось на электростатической бумаге для записи, лофарграмме, с более сильными частотами, представленными в виде линий на фоне фонового шума. Анализ перешел в цифровой формат, и анализ, и отображение стали цифровыми после крупной консолидации систем в централизованных центрах обработки в 1990-х годах.
ВМС США И оборудование, и процесс имели конкретное и засекреченное применение в стационарных гидроакустических системах наблюдения и легли в основу системы звукового наблюдения (SOSUS), 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 . Позже этот принцип был применен к воздушным, надводным и подводным тактическим гидроакустическим системам, некоторые из которых получили название «Иезавель».
Источник
[ редактировать ]В 1949 году, когда ВМС США обратились в Комитет по подводной войне, академическую консультативную группу, созданную 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). Комиссия Хартвелла рекомендовала ежегодно тратить 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 ГНФАР с использованием нескольких мест прослушивания, оснащенных гидрофонами и вычислительным комплексом, который мог бы рассчитывать положение подводных лодок на расстоянии в сотни миль. [1] [3] [5] [примечание 1]
Затем Управление военно-морских исследований (ONR) заключило контракт с Американской телефонной и телеграфной компанией (AT&T) с ее исследовательской лабораторией Bell и производственными подразделениями Western Electric на разработку пассивной системы обнаружения большого радиуса действия, основанной на донных решетках гидрофонов. Предлагаемая разработка была основана 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] Предложенная система предлагала настолько многообещающие возможности обнаружения подводных лодок на большом расстоянии, что ВМФ приказал немедленно принять меры по ее внедрению. [3] [7]
Применение для подводного наблюдения
[ редактировать ]В мае 1951 года была доставлена рабочая модель низкочастотного анализатора и регистратора, которая работала в режиме реального времени в полосе частот от 1 до 1/2 Гц. Наряду с рабочей моделью было предложено использовать гидрофоны, кабели, системы обработки и формирования луча , чтобы группа гидрофонов могла отображать несколько азимутальных лучей. [7]
Каждая система, от берегового объекта до группы преобразователей, представляла собой гидроакустический комплекс, обработка сигналов которого начиналась с усиления сигналов группы, обработки в лучи с задержкой по времени, а каждый луч обрабатывался электромеханическим анализатором спектра, при этом отображение представляло собой развертку частоты. Интенсивность спектра горела на электростатической бумаге для записи, движущейся по оси времени. [8]
Движения стилуса, записывающие интенсивность звука по оси частот, формировали временную запись фонового шума и определенных частотных приемов, которые образовывали линии. При представлении частот, генерируемых лопастями гребных винтов или механизмами, они могут образовывать сигнатуру подводной лодки или надводного корабля , которую можно распознать и использовать для обнаружения и идентификации источника. График зависимости частоты от времени может показывать изменения частоты от конкретного источника и, таким образом, изменения в поведении источника. Что касается судов, то на принимаемые частоты могут влиять скорость или другие изменения, включая доплеровский сдвиг, указывающий на изменение направления. [примечание 2] [1] [9]
После успешных испытаний американской подводной лодки с использованием испытательной установки на Эльютере ВМС заказали для установки шесть систем LOFAR. Береговым станциям, к которым были подключены оперативная антенная решетка и кабель, составляющие комплект наблюдательного гидролокатора, был присвоен общий и нераскрывающий термин «Военно-морской объект» (NAVFAC). Вахтовый этаж NAVFAC имел ряд дисплеев, по одному на каждый луч антенны. [3] [7]
Первый этап установки был в основном завершен в 1954 и 1958 годах. [3] Модернизация всей системы обработки сигналов началась в сентябре 1963 года, когда электромеханический анализатор был заменен цифровым спектральным анализатором с модернизацией видеорегистраторов. Система спектрального анализа была дополнительно модернизирована за счет модернизации систем в период с 1966 по 1967 год. Новая система, установленная в 1973 году, положила начало общему обновлению до полного цифрового анализа сигналов, которое продолжалось до 1981 года. Эта система с использованием цифрового компьютера высокой производительности полностью оцифровала анализ спектра. и имел автоматическое обнаружение акустических сигнатур. Система электростатических дисплеев не была заменена цифровыми дисплеями до тех пор, пока в 1990-х годах не были объединены массивные системы, заканчивающиеся на отдельных военно-морских объектах, и перенаправлены в центральные средства обработки данных. [8] [10]
Другие применения в противолодочной борьбе
[ редактировать ]Параллельные исследования и разработки по изучению приложений получили название Project Jezebel . [1] [3] Происхождение названия проекта было объяснено доктором Робертом Фрошом сенатору Стеннису во время слушаний 1968 года. Это произошло из-за низких частот: «около ля ниже среднего до на фортепиано» (около 100-150 тактов), а «Иезавель» была выбрана потому, что «она имела низкий характер». [11]
Jezebel и LOFAR перешли к локализации подводных лодок с помощью пассивного всенаправленного гидроакустического буя Jezebel-LOFAR AN/SSQ-28 , представленного в 1956 году для использования воздушными противолодочными силами. Этот гидроакустический буй предоставил самолету, управляемому SOSUS, доступ к той же низкой частоте и возможностям LOFAR, что и SOSUS. Корреляция временной задержки Bell Telephone Laboratories использовалась для определения положения цели с помощью двух или более гидроакустических буев с помощью метода CODAR. Этот, а позже и специализированные гидроакустические буи, оснащенные небольшим зарядом взрывчатого вещества, можно было использовать в активном режиме для обнаружения эха от цели. Активный режим был назван инженерами, разрабатывавшими технику, «Джули» в честь танцовщицы бурлеска, «чье выступление могло превратить пассивные буи в активные». [12]
Сноски
[ редактировать ]- ^ В цитируемом отчете проекта HARTWELL сначала упоминаются массивы с подводными лодками флотского типа, буксирующими такой массив в ГИУК, а затем говорится о потенциальном использовании низкочастотных звуков глубокого звукового канала.
- ^ Иллюстрация лофарграммы вверху иллюстрирует такой характерный сдвиг частоты в линии.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Уитмен, Эдвард К. (зима 2005 г.). «СОСУС: «Секретное оружие» подводного наблюдения» . Подводная война . Том. 7, нет. 2 . Проверено 5 января 2020 г.
- ^ «Записки Колумба О'Доннелла Изелина» . Океанографический институт Вудс-Хоул. Апрель 2001 года . Проверено 11 февраля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г «История Интегрированной системы подводного наблюдения (IUSS) 1950–2010 гг.» . Ассоциация выпускников IUSS/CAESAR . Проверено 22 мая 2020 г.
- ^ Гольдштейн, Джек С. (1992). Другое время: жизнь Джерролда Р. Захариаса . Кембридж, Массачусетс: MIT Press. п. 338 . ISBN 026207138X . LCCN 91037934 . OCLC 1015073870 .
- ^ Отчет о безопасности зарубежных перевозок. Том 1. Проект Хартвелл. (B. Предлагаемая система гидроакустического прослушивания для обнаружения подводных лодок на большом расстоянии (Отчет). 21 сентября 1950 г. стр. D2 – D8 . Проверено 11 февраля 2020 г.
- ^ Либерман, Филип; Блюмштейн, Шейла Э. (4 февраля 1988 г.). Физиология речи, восприятие речи и акустическая фонетика . Кембридж, Кембриджшир, Великобритания/Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. стр. 51–52. ISBN 0521308666 . LCCN 87013187 . Проверено 22 мая 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с «Истоки СОСУСа» . Командир подводного наблюдения . Проверено 22 мая 2020 г.
- ^ Jump up to: а б Вайнель, Джим (весна 2003 г.). «Эволюция обработки сигналов SOSUS/IUSS (Часть 1 из 2)» (PDF) . Кабель . Том. 6, нет. 1. Ассоциация выпускников IUSS/CAESAR. п. 3 . Проверено 27 мая 2020 г.
- ^ Ламперт, Томас А.; О'Киф, Саймон Э.М. (2013). «Об обнаружении треков на изображениях спектрограмм» . Распознавание образов . 46 (5). Амстердам: Эльзевир: 1396–1408. Бибкод : 2013PatRe..46.1396L . дои : 10.1016/j.patcog.2012.11.009 . S2CID 1600755 .
- ^ Вайнель, Джим (лето 2004 г.). «Эволюция обработки сигналов SOSUS/IUSS (Часть 2 из 2)» (PDF) . Кабель . Том. 7, нет. 1. Ассоциация выпускников IUSS/CAESAR. п. 3 . Проверено 27 мая 2020 г.
- ^ Комитет по вооруженным силам (Сенат США) (1968 г.). Разрешение на военные закупки, исследования и разработки, 1969 финансовый год и численность резервов . Вашингтон, округ Колумбия: Государственная типография. п. 997 . Проверено 14 марта 2020 г.
- ^ Холлер, Роджер А. (5 ноября 2013 г.). «Эволюция гидроакустического буя от Второй мировой войны до холодной войны» (PDF) . Журнал подводной акустики ВМС США : 332–333. Архивировано (PDF) из оригинала 24 марта 2020 г. Проверено 14 марта 2020 г.