4. oktober 1957 ble et viktig insentiv for USA - etter lanseringen av den første kunstige jordsatellitten i Sovjetunionen bestemte amerikanske ingeniører seg for å tilpasse plass for å oppfylle navigasjonsbehov (med praktiske egenskaper som Yankees). Ved Applied Physics Laboratory (APL) ved Johns Hopkins University studerte samarbeidspartnere WG Guyer og J. C. Wiffenbach radiosignalet fra den sovjetiske Sputnik 1 og gjorde oppmerksom på det sterke Doppler -frekvensskiftet til signalet som sendes ut av en satellitt som passerer. Da vår førstefødte i verdensrommet nærmet seg, økte signalets frekvens, og den tilbakevendende sendte ut radiosignaler med synkende frekvens. Forskerne klarte å utvikle et dataprogram for å bestemme parametrene for banen til et forbipasserende objekt fra radiosignalet i ett pass. Naturligvis er det motsatte prinsippet også mulig - beregning av de allerede kjente parametrene i bane ved hjelp av det samme frekvensskiftet til de ukjente koordinatene til bakkeradiomottakeren. Denne ideen kom til sjefen for APL -ansatt F. T. McClure, og han satte sammen med laboratoriedirektøren Richard Kershner sammen en gruppe forskere for å jobbe med et prosjekt kalt Transit.
Richard Kershner (t.v.) er en av grunnleggerne til American Global Positioning System. Kilde: gpsworld.com
Atomubåten "George Washington" er den første brukeren av Transit -systemet. Kilde: zonwar.ru
Driftsbaner i transittkonstellasjonen. Kilde: gpsworld.com
Hovedkunden var US Navy, som trengte presisjonsnavigasjonsverktøy for nye ubåter utstyrt med Polaris -missiler. Behovet for å nøyaktig bestemme plasseringen av ubåter som "George Washington" var ekstremt nødvendig for den gang nyheten - lansering av missiler med atomstridshoder fra hvor som helst i havene.
Transittmottak for ubåter. Kilde: timeandnavigation.si.edu
I 1958 kunne amerikanerne presentere den første eksperimentelle prototypen på Transit -satellitten, og 17. september 1959 ble den sendt ut i verdensrommet. Bakkeinfrastrukturen ble også opprettet - ved lanseringstidspunktet var komplekset av brukerens navigasjonsutstyr, samt bakksporingsstasjoner klare.
Ingeniører fra Hopkins University monterer og tester Transit -romfartøyet. Kilde: timeandnavigation.si.edu
Amerikanerne jobbet på et satellittnavigasjonsprosjekt i full etterbrenner -modus: innen 1959 hadde de konstruert hele fem typer Transit -satellitter, som senere alle ble lansert og testet. I driftsmodus begynte amerikansk navigasjon å operere i desember 1963, det vil si at på mindre enn fem år var det mulig å lage et brukbart system med god nøyaktighet for tiden-root-mean-square error (RMS) for et stasjonært objekt var 60 m.
Satellite Transit 5A 1970 modell. Kilde: timeandnavigation.si.edu
En Transit -mottaker installert i en bil som ble brukt av Smithsonian geolog Ted Maxwell i den egyptiske ørkenen i 1987. Forskerens arbeidshest viste seg å være …
… den sovjetiske "Niva"! Kilde: gpsworld.com [/center]
Å bestemme koordinatene til en ubåt som beveger seg på overflaten var mer problematisk: hvis du gjør en feil med hastighetsverdien med 0,5 km / t, vil RMS øke til 500 m. Derfor var det mer hensiktsmessig å vende seg til satellitten for hjelp i en stasjonær posisjon av fartøyet, noe som igjen ikke var lett. Lavbanen (1100 km høyde) Transit ble vedtatt av den amerikanske marinen i midten av 64, som en del av fire satellitter, noe som ytterligere økte orbitalgruppering til syv kjøretøyer, og fra 67 ble navigasjon tilgjengelig for bare dødelige. For øyeblikket brukes satellittkonstellasjonen Transit for å studere ionosfæren. Ulempene med verdens første satellittnavigasjonssystem var manglende evne til å bestemme høyden på bakken brukerens posisjon, den betydelige varigheten av observasjonen og nøyaktigheten av objektets posisjonering, som til slutt ble utilstrekkelig. Alt dette førte til nye søk i den amerikanske romfartsindustrien.
Romfartstid. Kilde: timeandnavigation.si.edu
Det andre satellittnavigasjonssystemet var Timation fra Naval Research Laboratory (NRL), som ble drevet av Roger Easton. Innenfor prosjektets ramme ble det satt sammen to satellitter, utstyrt med ultra-presise klokker for å kringkaste tidssignaler til landbrukere og nøyaktig bestemme sin egen plassering.
Eksperimentell satellitt Timation NTS-3, utstyrt med en rubidium-klokke. Kilde: gpsworld.com
Ved Timation ble det grunnleggende prinsippet for fremtidige GPS -systemer formulert: en sender opererte på satellitten og sendte ut et kodet signal som registrerte bakkenabonnenten og målte forsinkelsen av passasjen. Ved å kjenne den nøyaktige plasseringen av satellitten i bane, beregnet utstyret enkelt avstanden til den, og bestemte ut fra disse dataene sine egne koordinater (ephemeris). Selvfølgelig krever dette minst tre satellitter, og helst fire. De første timene gikk ut i verdensrommet i 1967 og bar kvartsur i begynnelsen, og senere ultra -presise atomur - rubidium og cesium.
USAs luftvåpen opererte uavhengig av marinen på sitt eget globale posisjoneringssystem kalt Air Force 621B. Tredimensjonalitet har blitt en viktig innovasjon av denne teknikken-nå er det mulig å bestemme breddegrad, lengdegrad og etterlengtet høyde på et objekt. Satellittsignalene ble skilt i henhold til et nytt kodingsprinsipp basert på et pseudo-tilfeldig støylignende signal. Den pseudo-tilfeldige koden øker signalets støyimmunitet og løser problemet med å begrense tilgangen. Sivile brukere av navigasjonsutstyr har bare tilgang til åpen kildekode, som når som helst kan endres fra bakkekontrollsentralen. I dette tilfellet vil alt "fredelig" utstyr mislykkes og definere sine egne koordinater med en betydelig feil. Militære låste koder forblir uendret.
Tester begynte i 1972 på et teststed i New Mexico, og brukte sendere på ballonger og fly som simulatorer av satellitter. "System 612B" viste enestående posisjoneringsnøyaktighet på flere meter, og det var på det tidspunktet at konseptet om et globalt navigasjonssystem med middels bane med 16 satellitter ble født. I denne versjonen ga en klynge med fire satellitter (dette tallet er nødvendig for nøyaktig navigasjon) 24-timers dekning av hele kontinentet. I et par år var "System 612B" i eksperimentell rang og var ikke spesielt interessert i Pentagon. Samtidig jobbet flere kontorer i USA med et "hett" navigasjonstema: Applied Physics Laboratory jobbet med en modifikasjon av transitten, marinen "avsluttet" timingen, og til og med bakkestyrker tilbød sitt eget SECOR (sekvensiell korrelasjon av område, sekvensiell beregning av områder). Dette kan ikke annet enn bekymre forsvarsdepartementet, som risikerte å stå overfor unike navigasjonsformater i hver type tropper. På et bestemt tidspunkt slo en av de amerikanske krigerne hånden i bordet, og en GPS ble født, som inneholdt alt det beste fra forgjengerne. På midten av 70 -tallet, i regi av det amerikanske forsvarsdepartementet, ble det opprettet en trepartskomité kalt NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group), som bestemte viktige parametere for det fremtidige systemet - antall satellitter, deres høyder, signal koder og modulasjonsmetoder. Da de kom til kostnadstallet, bestemte de seg for å umiddelbart opprette to alternativer - militære og kommersielle med en forhåndsbestemt feil i posisjoneringsnøyaktigheten. Luftforsvaret spilte en ledende rolle i dette programmet, ettersom Air Force 621B var den mest sofistikerte modellen for det fremtidige navigasjonssystemet, som GPS lånte praktisk talt uendret pseudo-tilfeldig støyteknologi fra. Signalsynkroniseringssystemet ble hentet fra Timtation-prosjektet, men banen ble hevet til 20 tusen kilometer, noe som ga en 12-timers orbitperiode i stedet for den 8-timers en av forgjengeren. En erfaren satellitt ble skutt opp i verdensrommet allerede i 1978, og som vanlig ble all nødvendig bakkeinfrastruktur forberedt på forhånd - bare syv typer mottaksutstyr ble oppfunnet. I 1995 ble GPS utplassert i sin helhet - omtrent 30 satellitter er konstant i bane, til tross for at det for drift er nok 24. Orbitale fly for satellitter er tildelt seks, med en helling på 550… For øyeblikket lar GPS -undersøkelsesprogrammer deg bestemme forbrukerens posisjon med en nøyaktighet på mindre enn en millimeter! Siden 1996 har Block 2R -satellitter dukket opp, utstyrt med det autonome AutoNav -navigasjonssystemet, som gjør at kjøretøyet kan kjøre i bane når bakkekontrollstasjonen blir ødelagt i minst 180 dager.
Fram til slutten av 1980 -tallet var kampbruken av GPS sporadisk og ubetydelig: å bestemme koordinatene til minefelt i Persiabukta og eliminere ufullkommenheter i kart under invasjonen av Panama. En fullverdig ilddåp skjedde i Persiabukta i 1990-1991 under Desert Storm. Troppene var i stand til å manøvrere aktivt i et ørkenområde, hvor det er vanskelig å finne akseptable landemerker, samt å gjennomføre artilleriild med høy nøyaktighet når som helst på dagen under forhold med sandstormer. Senere viste GPS seg nyttig i fredsbevarende operasjoner i Somalia i 1993, i den amerikanske landingen på Haiti i 1994, og til slutt i de afghanske og irakiske kampanjene i det 21. århundre.
