4. oktober 1957 blev et vigtigt incitament for USA - efter lanceringen af den første kunstige jordsatellit i Sovjetunionen besluttede amerikanske ingeniører at tilpasse rummet til at opfylde navigationsbehov (med det praktiske kendetegn ved Yankees). På Applied Physics Laboratory (APL) ved Johns Hopkins University studerede samarbejdspartnere WG Guyer og J. C. Wiffenbach radiosignalet fra den sovjetiske Sputnik 1 og henledte opmærksomheden på det stærke Doppler -frekvensskift af signalet, der udsendes af en forbigående satellit. Da vores førstefødte i rummet nærmede sig, steg signalets frekvens, og den tilbagegående udsendte radiosignaler med faldende frekvens. Det lykkedes forskerne at udvikle et edb -program til at bestemme parametrene for et forbigående objekts kredsløb ud fra dets radiosignal i en passage. Naturligvis er det modsatte princip også muligt - beregning af de allerede kendte parametre i kredsløbet ved hjælp af det samme frekvensskift for de ukendte koordinater for jordradiomodtageren. Denne idé kom til chefen for APL -medarbejderen F. T. McClure, og han sammensatte sammen med laboratoriedirektøren, Richard Kershner, en gruppe forskere til at arbejde på et projekt kaldet Transit.
Richard Kershner (til venstre) er en af grundlæggerne af American Global Positioning System. Kilde: gpsworld.com
Atombåden "George Washington" er den første bruger af Transit -systemet. Kilde: zonwar.ru
Operationelle baner i transitkonstellationen. Kilde: gpsworld.com
Hovedkunden var den amerikanske flåde, som havde brug for præcisionsnavigationsværktøjer til nye ubåde udstyret med Polaris -missiler. Behovet for nøjagtigt at bestemme placeringen af ubåde som "George Washington" var yderst nødvendigt for den daværende nyhed - opsendelse af missiler med atomsprænghoveder overalt i havene.
Transitmodtagende udstyr til ubåde. Kilde: timeandnavigation.si.edu
I 1958 kunne amerikanerne præsentere den første eksperimentelle prototype af Transit -satellitten, og den 17. september 1959 blev den sendt ud i rummet. Jordinfrastrukturen blev også oprettet - ved lanceringen var komplekset af brugerens navigationsudstyr samt jordsporingsstationer klar.
Ingeniører fra Hopkins University samler og tester Transit -rumfartøjet. Kilde: timeandnavigation.si.edu
Amerikanerne arbejdede på et satellitnavigationsprojekt i fuld efterbrændingstilstand: I 1959 havde de konstrueret hele fem typer Transit -satellitter, som senere alle blev lanceret og testet. I driftstilstand begyndte amerikansk navigation at fungere i december 1963, det vil sige på mindre end fem år var det muligt at oprette et brugbart system med god nøjagtighed for sin tid-root-mean-square error (RMS) for et stationært objekt var 60 m.
Satellite Transit 5A 1970 model. Kilde: timeandnavigation.si.edu
En Transit -modtager installeret i en bil, der blev brugt af Smithsonian geolog Ted Maxwell i den egyptiske ørken i 1987. Forskerens arbejdshest viste sig at være …
… den sovjetiske "Niva"! Kilde: gpsworld.com [/center]
Bestemmelse af koordinaterne for en ubåd, der bevæger sig på overfladen, var mere problematisk: hvis du laver en fejl med hastighedsværdien med 0,5 km / t, stiger RMS til 500 m. Derfor var det mere hensigtsmæssigt at vende sig til satellitten for hjælp i fartøjets stationære position, hvilket igen ikke var let. Lavbanen (1100 km højde) Transit blev vedtaget af den amerikanske flåde i midten af 64, som en del af fire satellitter, hvilket yderligere øgede orbitalgrupperingen til syv køretøjer, og fra 67 blev navigation tilgængelig for blot dødelige. I øjeblikket bruges Transit -satellitkonstellationen til at studere ionosfæren. Ulemperne ved verdens første satellitnavigationssystem var manglende evne til at bestemme højden af jordbrugerens position, den betydelige varighed af observationen og nøjagtigheden af objektets positionering, som til sidst blev utilstrækkelig. Alt dette førte til nye søgninger i den amerikanske rumindustri.
Rumfartøjets tid. Kilde: timeandnavigation.si.edu
Det andet satellitnavigationssystem var Timation fra Naval Research Laboratory (NRL), som blev drevet af Roger Easton. Inden for rammerne af projektet blev to satellitter samlet, udstyret med ultrapræcise ure til udsendelse af tidssignaler til terrestriske forbrugere og nøjagtig bestemmelse af deres egen placering.
Eksperimentel satellittimation NTS-3, udstyret med et rubidiumur. Kilde: gpsworld.com
Ved Timing blev grundprincippet for de fremtidige GPS -systemer formuleret: en sender opererede på satellitten og udsendte et kodet signal, som registrerede jordabonnenten og målte forsinkelsen af dens passage. Ved at kende den nøjagtige placering af satellitten i kredsløb beregnede udstyret let afstanden til den og bestemte på grundlag af disse data sine egne koordinater (ephemeris). Dette kræver naturligvis mindst tre satellitter, og helst fire. De første timer gik ud i rummet i 1967 og bar kvartsure i begyndelsen, og senere ultrapræcise atomure - rubidium og cæsium.
United States Air Force opererede uafhængigt af flåden på sit eget globale positioneringssystem kaldet Air Force 621B. Tredimensionalitet er blevet en vigtig innovation i denne teknik-nu er det muligt at bestemme bredden, længdegraden og den længe ventede højde på et objekt. Satellitsignalerne blev adskilt efter et nyt kodningsprincip baseret på et pseudo-tilfældigt støjlignende signal. Den pseudo-tilfældige kode øger signalets støjimmunitet og løser spørgsmålet om begrænsning af adgang. Civile brugere af navigationsudstyr har kun adgang til open source -kode, som til enhver tid kan ændres fra jordkontrolcentret. I dette tilfælde vil alt "fredeligt" udstyr mislykkes og definere sine egne koordinater med en betydelig fejl. Militære låste koder forbliver uændrede.
Testene begyndte i 1972 på et teststed i New Mexico ved hjælp af sendere på balloner og fly som simulatorer af satellitter. "System 612B" viste enestående positioneringsnøjagtighed på flere meter, og det var på det tidspunkt, at konceptet om et globalt navigationssystem med mellembaner med 16 satellitter blev født. I denne version leverede en klynge af fire satellitter (dette nummer er nødvendigt for nøjagtig navigation) 24-timers dækning af hele kontinentet. I et par år var "System 612B" i den eksperimentelle rang og var ikke særlig interesseret i Pentagon. På samme tid arbejdede flere kontorer i USA på et "varmt" navigationsemne: Applied Physics Laboratory arbejdede på en ændring af transit, flåden var ved at "afslutte" timingen, og selv grundstyrkerne tilbød deres eget SECOR (sekvensiel korrelation af område, sekventiel beregning af intervaller). Dette kunne ikke andet end bekymre Forsvarsministeriet, som var i fare for at stå over for unikke navigationsformater i hver type tropper. På et bestemt tidspunkt smækkede en af de amerikanske krigere hånden på bordet, og der blev født en GPS, der indeholdt alt det bedste fra sine forgængere. I midten af 70'erne blev der i regi af det amerikanske forsvarsministerium oprettet et trepartsudvalg ved navn NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group), der bestemte de vigtige parametre for det fremtidige system - antallet af satellitter, deres højder, signal koder og moduleringsmetoder. Da de kom til omkostningstallet, besluttede de straks at oprette to muligheder - militære og kommercielle med en forudbestemt fejl i positioneringsnøjagtigheden. Luftvåbnet spillede en ledende rolle i dette program, da dets Air Force 621B var den mest sofistikerede model af det fremtidige navigationssystem, hvorfra GPS lånte praktisk talt uændret pseudo-tilfældig støjteknologi. Signalsynkroniseringssystemet blev taget fra Timtation-projektet, men kredsløbet blev hævet til 20 tusinde kilometer, hvilket gav en 12-timers omløbsperiode i stedet for en af sine forgængers 8-timers. En erfaren satellit blev opsendt i rummet allerede i 1978, og som sædvanlig blev alle nødvendige jordinfrastrukturer forberedt på forhånd - kun syv typer modtagelsesudstyr blev opfundet. I 1995 blev GPS implementeret fuldt ud - omkring 30 satellitter er konstant i kredsløb, på trods af at der er tilstrækkeligt til 24 til orbitale fly til satellitter med en hældning på 550… I øjeblikket giver GPS -opmåling programmer dig mulighed for at bestemme forbrugerens position med en nøjagtighed på mindre end en millimeter! Siden 1996 er Block 2R -satellitter dukket op, udstyret med det autonome AutoNav -navigationssystem, som gør det muligt for køretøjet at køre i kredsløb, når jordkontrolstationen ødelægges i mindst 180 dage.
Indtil slutningen af 1980'erne var kampanvendelsen af GPS sporadisk og ubetydelig: at bestemme koordinaterne for minefelter i Den Persiske Golf og eliminere ufuldkommenheder i kort under invasionen af Panama. En fuldgyldig ilddåb skete i Den Persiske Golf i 1990-1991 under Desert Storm. Tropperne var i stand til aktivt at manøvrere i et ørkenområde, hvor det er svært at finde acceptable vartegn samt at udføre artilleriild med høj nøjagtighed på ethvert tidspunkt af dagen under forhold med sandstorme. Senere viste GPS sig nyttig i den fredsbevarende operation i Somalia i 1993, i den amerikanske landing i Haiti i 1994 og endelig i de afghanske og irakiske kampagner i det 21. århundrede.
