저주파 분석기 및 기록기(LOFAR)

Low Frequency Analyzer and Recorder (LOFAR)
SOSUS LOFAR 장비가 생산하는 Lofargram.

약자 LOFAR가 있는 두 개의 밀접하게 관련된 용어인 저주파 분석기와 기록기와 LOFAR는 각각 장비와 공정을 다루며 저주파 사운드의 시각적 스펙트럼 표현을 시간 주파수 분석에서 제시한다. 이 과정은 원래 고정된 감시 수동형 대잠수함 수중 음파 탐지 시스템에 적용되었고, 나중에는 소노부이와 다른 시스템에 적용되었다. 원래 분석은 전기기계적이었고 디스플레이는 배경 노이즈에 대한 라인으로 더 강한 주파수를 제시하며 Lofargram인 정전기 기록 용지에서 생산되었다. 분석은 디지털로 옮겨졌고 분석과 디스플레이는 1990년대 동안 중앙 집중화된 처리 센터로 주요한 시스템이 통합된 후 디지털이었다.

장비와 공정 모두 고정형 감시 음파탐지기 시스템에 구체적이고 기밀적으로 적용되었으며 1950년대 초에 설립된 미국 해군의 SOSUS(Season Wide Sound Surveillance System)의 기초가 되었다. LOFAR를 활용한 시스템의 연구 개발에는 프로젝트 이세벨이라는 코드명이 붙었다. SOSUS의 설치와 유지보수는 미분류 코드명 Project Caeser로 되어 있었다. 이 원리는 후에 항공, 지상, 잠수함 전술 음파 탐지 시스템에 적용되었고, 일부는 "제세벨"이라는 명칭을 통합하였다.

기원

추가 정보: SOSUS

1949년 미 해군이 국립과학원 산하에 1946년 결성된 학술자문단인 해저전 위원회(Committee for Undersea Warmers)에 접근해 대잠수함전을 연구했다.[1][2] 그 결과 해군은 매사추세츠공대(MIT) 지도하에 프로젝트 하트웰이라는 연구단을 구성했다. 하트웰 패널은 주로 대형 디젤 잠수함으로 구성된 소련 잠수함 위협에 대응하기 위한 시스템을 개발하기 위해 연간 1000만 달러(2020년 1087만 달러에 상당)를 지출할 것을 권고했다.[3][4] 권고안 중 하나는 소수파가 장착된 다중 청취 사이트를 사용하여 SOFAR 채널의 저주파 음향을 감시하는 시스템과 수백 마일 이상의 잠수함 위치를 계산할 수 있는 처리 시설이었다.[1][3][5][note 1]

그 후, 해군 연구소는 벨 연구소 연구소와 웨스턴 일렉트릭 제조 요소들과 함께 미국 전화 및 텔레그래프 회사(AT&T)와 계약을 맺고, 수산화물의 하단 배열을 기반으로 한 장거리 수동 탐지 시스템을 개발했다. 제안된 개발은 AT&T의 사운드 분광기를 기반으로 한 것으로, 음성 분석을 위해 개발된 소리의 시간-주파수 분석을 나타내는 시각 분광기로 소리를 변환하고, 수중 음향을 분석하기 위해 변형했다.[1][3][6] 제안된 시스템은 해군이 즉각 이행을 명령할 정도로 장거리 잠수함 탐지를 약속했다.[3][7]

해저 감시 애플리케이션

1951년 5월에 저주파 분석기와 녹음기의 작동 모델이 전달되어 1 ~ 1/2 Hz의 주파수 대역을 실시간 분석하여 작동하였다. 작업 모델과 함께 소수점, 케이블, 처리 시스템 및 빔 형성을 제안하여 소수점 배열이 여러 개의 방위각 빔을 표시할 수 있도록 하였다.[7]

각 어레이 빔마다 하나씩 NAVFAC 감시 플로어에 있는 Lofargram 기록 장치.

해안 시설에서 변환기 어레이에 이르는 각 시스템은 어레이의 신호가 증폭됨에 따라 신호 처리가 시작되는 음파 탐지기로 설정되었고, 시간 지연에 의해 빔으로 처리되고, 전기기계 스펙트럼 분석기에 의해 각 빔이 처리되었으며, 디스플레이는 정전기 리크에 걸쳐 연소된 주파수 스펙트럼의 강도의 스위프였다.시간 축에서 이동하는 용지 [8]정렬

주파수 축을 따라 음의 강도를 기록하는 스타일러스의 스위프는 선을 형성하는 배경 소음과 특정 주파수 수신의 시간 기록을 형성했다. 프로펠러 블레이드 또는 기계에 의해 생성된 주파수를 나타낼 때, 선원을 찾아 식별하는 데 인식되고 사용될 수 있는 잠수함 또는 표면 선박 시그니처를 형성할 수 있다. 타임 라인에 대한 주파수는 특정 소스로부터의 주파수 변동을 보여줄 수 있으며, 따라서 소스 동작의 변화를 보여줄 수 있다. 속도 또는 방향 변화를 나타내는 도플러 시프트를 포함하여 수신 주파수의 영향을 미칠 수 있는 혈관과 관련하여.[note 2][1][9]

엘레우테라에서 시험 배열을 이용한 미국 잠수함과의 성공적인 시험 후, 해군은 설치를 위해 6개의 LOFAR 시스템을 명령했다. 감시 음파탐지기 세트를 구성하고 있는 작전 배열과 케이블이 종료된 해안 기지국에는 일반적이고 드러나지 않는 용어인 NavFAC(Navy Facilitity)가 주어졌다. NAVFAC의 감시 바닥에는 배열의 각 빔마다 하나씩 디스플레이 뱅크가 있었다.[3][7]

1단계 설치는 1954년과 1958년 사이에 대부분 완료되었다.[3] 시스템 와이드 신호 처리 업그레이드는 1963년 9월에 시작되었는데, 이 때 전자파 분석기는 디스플레이 기록기의 업그레이드로 디지털 스펙트럼 분석기로 대체되었다. 주파수 분석 시스템은 1966년에서 1967년 사이에 개선된 시스템으로 더욱 업그레이드되었다. 1973년에 설치된 새로운 시스템은 1981년까지 지속된 완전한 디지털 신호 분석으로의 일반적인 업그레이드를 시작했다. 그 시스템은 대용량 디지털 컴퓨터를 사용하여 주파수 분석을 완전히 디지털화했고 음향 신호를 자동으로 감지했다. 정전기 표시장치의 시스템은 1990년대 개별 해군 시설에서 종료되는 배열 시스템을 중앙 처리 시설로 통합할 때까지 디지털 표시장치로 대체되지 않았다.[8][10]

기타 대잠수함전 애플리케이션

응용 분야를 탐구하기 위한 병행 연구 개발 노력에는 프로젝트 이세벨이라는 이름이 붙었다.[1][3] 프로젝트 이름의 유래는 로버트 프로슈 박사가 1968년 청문회에서 스테니스 상원의원에게 설명했다. '피아노의 중간 C 이하 A에 대하여'(약 100~150 사이클)와 '제제벨'이 선택되는 등 빈도가 낮았기 때문이다.[11]

제벨과 LOFAR는 1956년 항공 대잠수함 부대가 사용하기 위해 도입한 AN/SSQ-28 패시브 전방위적 제즈벨-LOFAR 소노부이(AN/SSQ-28 Passive Jezebel-LOFAR sonuoy)로 잠수함 국산화에 뛰어들었다. 그 소노부이는 SOSUS에 의해 제공된 항공기에 SOSUS와 동일한 저주파 및 LOFAR 기능에 대한 접근 권한을 부여했다. Bell 전화 연구소 시간 지연 상관관계는 CORRrelation Detection and Rangeing(CODAR)이라는 기법에서 2개 이상의 소노부이와 목표 위치를 고정하는 데 사용되었다. 이것과 후에 전문화된 소노부이는 작은 폭발 전하를 장착한 소노부이를 활성 모드로 사용하여 목표물의 메아리를 감지할 수 있다. 액티브 모드는 '퍼시브 부표를 활성화시킬 수 있는 퍼포먼스'를 가진 버레스크 댄서의 이름을 따서 '줄리'라는 기법을 개발하는 엔지니어들에 의해 명명되었다.[12]

각주

  1. ^ 인용된 프로젝트 HARTWEL 보고서는 우선 GIUK에서 그러한 배열을 견인하는 함대형 잠수함과의 배열을 연결한 후 심음 채널 저주파 사운드를 이용할 수 있는 가능성을 언급한다.
  2. ^ 상단의 lofargram 일러스트는 라인에서 그러한 독특한 주파수 변화를 보여준다.

참조

  1. ^ a b c d e Whitman, Edward C. (Winter 2005). "SOSUS The "Secret Weapon" of Undersea Surveillance". Undersea Warfare. Vol. 7 no. 2. Retrieved 5 January 2020.
  2. ^ "The Papers of Colubus O'Donnell Iselin". Woods Hole Oceanographic Institution. April 2001. Retrieved 11 February 2020.
  3. ^ a b c d e f g "Integrated Undersea Surveillance System (IUSS) History 1950 - 2010". IUSS/CAESAR Alumni Association. Retrieved 22 May 2020.
  4. ^ Goldstein, Jack S (1992). A Different Sort of Time: The Life of Jerrold R. Zacharias. Cambridge, Mass: MIT Press. p. 338. ISBN 026207138X. LCCN 91037934. OCLC 1015073870.
  5. ^ Report on Security of Overseas Transport. Volume 1. Project Hartwell. (B. A Proposed Sonar Listening System for Long-Range Submarine Detection (Report). 21 September 1950. pp. D2–D8. Retrieved 11 February 2020.
  6. ^ Lieberman, Philip; Blumstein, Sheila E. (4 February 1988). Speech Physiology, Speech Perception, and Acoustic Phonetics. Cambridge, Cambridgeshire, UK/New York: Cambridge University Press. pp. 51–52. ISBN 0521308666. LCCN 87013187. Retrieved 22 May 2020.
  7. ^ a b c "Origins of SOSUS". Commander, Undersea Surveillance. Retrieved 22 May 2020.
  8. ^ a b Weinel, Jim (Spring 2003). "Evolution of SOSUS/IUSS Signal Processing (Part 1 of 2)" (PDF). The Cable. Vol. 6 no. 1. IUSS/CAESAR Alumni Association. p. 3. Retrieved 27 May 2020.
  9. ^ Lampert, Thomas A.; O’Keefe, Simon E. M. (2013). "On the Detection of Tracks in Spectrogram Images". Pattern Recognition. Amsterdam: Elsevier. 46 (5): 1396–1408. doi:10.1016/j.patcog.2012.11.009.
  10. ^ Weinel, Jim (Summer 2004). "Evolution of SOSUS/IUSS Signal Processing (Part 2 of 2)" (PDF). The Cable. Vol. 7 no. 1. IUSS/CAESAR Alumni Association. p. 3. Retrieved 27 May 2020.
  11. ^ Committee on Armed Services (U.S. Senate) (1968). Authorization for Military Procurement, Research and Development, Fiscal Year 1969, and Reserve Strength. Washington, D.C.: Government Printing Office. p. 997. Retrieved 14 March 2020.
  12. ^ Holler, Roger A. (November 5, 2013). "The Evolution Of The Sonobuoy From World War II To The Cold War" (PDF). U.S. Navy Journal of Underwater Acoustics: 332–333. Retrieved 14 March 2020.