El analizador y registrador de baja frecuencia y el análisis y registro de baja frecuencia ( LOFAR ) son el equipo y el proceso respectivamente para presentar una representación visual del espectro de sonidos de baja frecuencia en un análisis de tiempo-frecuencia . El proceso se aplicó originalmente a sistemas de sonares antisubmarinos pasivos de vigilancia fija y más tarde a sistemas de sonoboyas y otros. Originalmente, el análisis era electromecánico y la visualización se producía en papel de registro electrostático, un Lofargrama, con frecuencias más fuertes presentadas como líneas contra el ruido de fondo. El análisis migró a digital y tanto el análisis como la visualización fueron digitales después de una importante consolidación del sistema en centros de procesamiento centralizados durante la década de 1990.
Tanto el equipo como el proceso tenían una aplicación específica y clasificada en los sistemas fijos de sonar de vigilancia y fueron la base del Sistema de Vigilancia Sonora de todo el océano (SOSUS) de la Armada de los Estados Unidos, establecido a principios de la década de 1950. La investigación y el desarrollo de sistemas que utilizaban LOFAR recibieron el nombre en código de Proyecto Jezabel . La instalación y el mantenimiento de SOSUS se realizaron bajo el nombre en código no clasificado de Proyecto César . El principio se aplicó más tarde a los sistemas de sonar tácticos aéreos, de superficie y submarinos, y algunos incorporaron el nombre "Jezabel".
En 1949, cuando la Armada de los EE. UU. se acercó al Comité de Guerra Submarina, un grupo asesor académico formado en 1946 bajo la Academia Nacional de Ciencias , para investigar la guerra antisubmarina. [1] [2] Como resultado, la Armada formó un grupo de estudio denominado Proyecto Hartwell bajo el liderazgo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). El panel Hartwell recomendó gastar US$10.000.000 (equivalentes a $128.060.000 en 2023) anualmente para desarrollar sistemas para contrarrestar la amenaza submarina soviética que consiste principalmente en una gran flota de submarinos diésel. [3] [4] Una recomendación fue un sistema para monitorear el sonido de baja frecuencia en el canal SOFAR utilizando múltiples sitios de escucha equipados con hidrófonos y una instalación de procesamiento que pudiera calcular las posiciones submarinas a lo largo de cientos de millas. [1] [3] [5] [nota 1]
La Oficina de Investigación Naval (ONR) contrató a la American Telephone and Telegraph Company (AT&T), con sus elementos de investigación de Bell Laboratories y de fabricación de Western Electric , para desarrollar un sistema de detección pasivo de largo alcance, basado en conjuntos de hidrófonos en el fondo. El desarrollo propuesto se basaba en el espectrógrafo de sonido de AT&T, que convertía el sonido en un espectrograma visual que representaba un análisis de tiempo-frecuencia del sonido que se desarrolló para el análisis del habla y se modificó para analizar sonidos submarinos de baja frecuencia. [1] [3] [6] El sistema propuesto ofrecía tal promesa de detección de submarinos de largo alcance que la Armada ordenó medidas inmediatas para su implementación. [3] [7]
En mayo de 1951 se entregó un modelo funcional del analizador y registrador de baja frecuencia, que funcionaba con análisis en tiempo real de una banda de frecuencia de 1 a 1/2 Hz. Junto con el modelo funcional se presentó una propuesta de hidrófonos, cables, sistemas de procesamiento y formación de haces para que un conjunto de hidrófonos pudiera presentar múltiples haces azimutales para su visualización. [7]
Cada sistema, desde la instalación costera hasta el conjunto de transductores, era un conjunto de sonares cuyo procesamiento de señales comenzaba a medida que las señales del conjunto se amplificaban, se procesaban en haces con un retardo de tiempo y cada haz era procesado por un analizador de espectro electromecánico y la pantalla era un barrido de la intensidad del espectro de frecuencia grabado en un papel de registro electrostático que se movía en el eje del tiempo. [8]
Los barridos del estilete que registraban la intensidad del sonido a lo largo del eje de frecuencia formaban un registro temporal del ruido de fondo y de las recepciones de frecuencias específicas que formaban líneas. Al representar frecuencias generadas por palas de hélice o maquinaria, estas podían formar una firma de submarino o de buque de superficie que podía reconocerse y usarse para localizar e identificar la fuente. La línea de frecuencias en función del tiempo puede mostrar variaciones de frecuencia de una fuente específica y, por lo tanto, cambios en el comportamiento de la fuente. Con respecto a los buques, esto podría tener un efecto sobre las frecuencias recibidas, como cambios de velocidad u otros, incluido un desplazamiento Doppler que indica cambios de dirección. [nota 2] [1] [9]
Después de realizar pruebas exitosas con un submarino estadounidense utilizando un conjunto de pruebas en Eleuthera, la Armada ordenó la instalación de seis sistemas LOFAR. Las estaciones costeras donde terminaban el conjunto operativo y el cable, que componen un conjunto de sonar de vigilancia, recibieron el término genérico y no revelador de instalación naval (NAVFAC). El piso de guardia de un NAVFAC tenía bancos de pantallas, uno para cada haz del conjunto. [3] [7]
La primera fase de las instalaciones se completó en gran medida durante los años 1954 y 1958. [3] En septiembre de 1963 se inició una actualización del procesamiento de señales de todo el sistema, en la que el analizador electromecánico fue reemplazado por un análisis de espectro digital con una actualización de los registradores de pantalla. El sistema de análisis de espectro se actualizó aún más con sistemas modernizados entre 1966 y 1967. Un nuevo sistema instalado en 1973 inició una actualización general hacia un análisis de señal digital completo que continuó hasta 1981. Ese sistema, utilizando una computadora digital de alta capacidad, digitalizó completamente el análisis de espectro y tenía cierta detección automática de firmas acústicas. El sistema de pantallas electrostáticas no fue reemplazado por pantallas digitales hasta la consolidación de los años 1990 de los sistemas de matriz que terminaban en las instalaciones navales individuales y se enrutaban a instalaciones de procesamiento central. [8] [10]
Un esfuerzo paralelo de investigación y desarrollo para explorar aplicaciones recibió el nombre de Proyecto Jezabel . [1] [3] El origen del nombre del proyecto fue explicado por el Dr. Robert Frosch al Senador Stennis durante una audiencia en 1968. Se debió a las bajas frecuencias, "aproximadamente el la debajo del do central en el piano" (aproximadamente 100-150 ciclos) y se eligió "Jezabel" porque "era de carácter bajo". [11]
Jezebel y LOFAR se diversificaron en la localización de submarinos con la sonoboya omnidireccional pasiva AN/SSQ-28 Jezebel-LOFAR , introducida en 1956 para su uso por las fuerzas antisubmarinas aéreas. Esa sonoboya proporcionaba a las aeronaves que recibían señales de SOSUS acceso a la misma capacidad LOFAR y de baja frecuencia que SOSUS. La correlación de retardo temporal de Bell Telephone Laboratories se utilizó para fijar la posición del objetivo con dos o más sonoboyas en una técnica denominada CODAR (Correlation Detection And Ranging). Esta, y otras sonoboyas especializadas posteriores equipadas con una pequeña carga explosiva, podían utilizarse en un modo activo para detectar el eco del objetivo. Los ingenieros que desarrollaron la técnica bautizaron el modo activo como "Julie", en honor a una bailarina de burlesque cuya "actuación podía convertir en activas las boyas pasivas". [12]