El analizador y grabador de baja frecuencia y el análisis y grabación de baja frecuencia ( LOFAR ) son el equipo y el proceso, respectivamente, para presentar una representación del espectro visual de sonidos de baja frecuencia en un análisis de tiempo-frecuencia . El proceso se aplicó originalmente a sistemas de sonar antisubmarinos pasivos de vigilancia fija y más tarde a sonoboyas y otros sistemas. Originalmente, el análisis era electromecánico y la visualización se producía en papel de registro electrostático, un Lofargram, con frecuencias más fuertes presentadas como líneas contra el ruido de fondo. El análisis migró a lo 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 a los sistemas de sonar de vigilancia fijos y fueron la base del Sistema de Vigilancia de Sonido en todo el océano (SOSUS) de la Marina de los Estados Unidos establecido a principios de la década de 1950. La investigación y el desarrollo de sistemas que utilizan LOFAR recibieron el nombre en clave Proyecto Jezabel . La instalación y mantenimiento de SOSUS se realizó bajo el nombre en clave no clasificado Proyecto César . Posteriormente, el principio se aplicó a los sistemas de sonar táctico aéreo, de superficie y submarinos y algunos incorporaron el nombre "Jezabel".
En 1949, cuando la Marina de los EE. UU. se acercó al Comité para la 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 Marina formó un grupo de estudio designado Proyecto Hartwell bajo el liderazgo del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT). El panel de Hartwell recomendó gastar 10.000.000 de dólares estadounidenses (equivalentes a 128.060.000 dólares en 2023) anualmente para desarrollar sistemas para contrarrestar la amenaza submarina soviética compuesta principalmente por 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]
Luego, la Oficina de Investigación Naval (ONR) contrató a 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 pasiva de largo alcance, basado en conjuntos inferiores de hidrófonos. El desarrollo propuesto se basó en el espectrógrafo de sonido de AT&T, que convirtió el sonido en un espectrograma visual que representa un análisis de tiempo-frecuencia del sonido que fue desarrollado para el análisis del habla y modificado 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 de trabajo, se presentó una propuesta de hidrófonos, cables, sistemas de procesamiento y formación de haces para que una matriz 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 sonar cuyo procesamiento de señales comenzaba a medida que las señales del conjunto se amplificaban, se procesaban en haces mediante retardo de tiempo y cada haz se procesaba mediante un analizador de espectro electromecánico con la pantalla como un barrido de la frecuencia. La intensidad del espectro se quemó a través del papel de registro electrostático que se movía en el eje del tiempo. [8]
Los barridos del lápiz que registraban la intensidad del sonido a lo largo del eje de frecuencia formaban un registro temporal del ruido de fondo y recepciones de frecuencia específicas que formaban líneas. Cuando se representan frecuencias generadas por palas de hélices o maquinaria, estas podrían formar una firma de submarino o barco de superficie que podría reconocerse y utilizarse para localizar e identificar la fuente. La línea de frecuencia versus 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, podrían producirse cambios de velocidad u otros cambios, incluido un desplazamiento Doppler que indica cambios de dirección, que tienen un efecto en las frecuencias recibidas. [nota 2] [1] [9]
Después de 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). La sala de vigilancia de un NAVFAC tenía bancos de pantallas, una 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 comenzó 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 mejoró aún más con sistemas modernizados entre 1966 y 1967. Un nuevo sistema instalado en 1973 inició una actualización general al análisis de señales completamente digital que continuó en 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 la década de 1990 de los sistemas de matriz que terminaban en 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. Fue debido a las bajas frecuencias, "aproximadamente la A por debajo de la C media en el piano" (alrededor de 100-150 ciclos) y la elección de "Jezabel" porque "era de carácter bajo". [11]
Jezebel y LOFAR se diversificaron en la localización de submarinos con la sonoboya pasiva omnidireccional Jezebel-LOFAR AN/SSQ-28 introducida en 1956 para uso de las fuerzas aéreas antisubmarinas. Esa sonoboya le dio a la aeronave controlada por SOSUS acceso a la misma baja frecuencia y capacidad LOFAR que SOSUS. Se utilizó la correlación de retardo de tiempo de Bell Telephone Laboratories para fijar la posición del objetivo con dos o más sonoboyas en una técnica denominada detección y medición de correlación (CODAR). Esta, y más tarde las sonoboyas especializadas equipadas con una pequeña carga explosiva, podrían usarse en modo activo para detectar el eco fuera del objetivo. El modo activo fue nombrado por los ingenieros que desarrollaron la técnica "Julie" en honor a una bailarina de burlesque cuya "actuación podía convertir en activas las boyas pasivas". [12]