4 октомври 1957 г. се превръща във важен стимул за САЩ - след изстрелването на първия изкуствен спътник на Земята в СССР американските инженери решават да адаптират космоса, за да задоволят нуждите на навигацията (с практичността, характерна за янките). В Лабораторията по приложна физика (APL) на университета „Джон Хопкинс“сътрудниците WG Guyer и J. C. Wiffenbach изучават радиосигнала от съветския Sputnik 1 и обръщат внимание на силното доплерово изместване на честотата на сигнала, излъчван от преминаващ спътник. Когато нашето първородно в космоса се приближи, честотата на сигнала се увеличи и отстъпващият излъчва радиосигнали с намаляваща честота. Изследователите успяха да разработят компютърна програма за определяне на параметрите на орбитата на преминаващ обект от неговия радиосигнал за един проход. Естествено е възможен и обратният принцип - изчисляването на вече известните параметри на орбитата, използвайки същото изместване на честотата на неизвестните координати на наземния радиоприемник. Тази идея дойде на ръководителя на служителя на APL F. T. McClure и той, заедно с директора на лабораторията Ричард Кершнер, събраха група изследователи, които да работят по проект, наречен Transit.
Ричард Кершнер (вляво) е един от основателите на американската глобална система за позициониране. Източник: gpsworld.com
Атомната подводница „Джордж Вашингтон“е първият потребител на системата „Транзит“. Източник: zonwar.ru
Оперативни орбити на транзитното съзвездие. Източник: gpsworld.com
Основният клиент беше американският флот, който се нуждаеше от прецизни навигационни инструменти за нови подводници, оборудвани с ракети Polaris. Необходимостта от точно определяне на местоположението на подводници като „Джордж Вашингтон“беше изключително необходима за тогавашната новост - изстрелването на ракети с ядрени бойни глави от всяка точка на океаните.
Транзитно приемащо оборудване за подводници. Източник: timeandnavigation.si.edu
До 1958 г. американците успяха да представят първия експериментален прототип на сателита Transit и на 17 септември 1959 г. той беше изпратен в космоса. Създадена е и наземната инфраструктура - към момента на стартиране комплексът от навигационното оборудване на потребителя, както и наземните станции за проследяване са били готови.
Инженерите от университета Хопкинс сглобяват и тестват космическия кораб Transit. Източник: timeandnavigation.si.edu
Американците са работили по проект за сателитна навигация в режим на изгаряне: до 1959 г. са конструирали до пет типа транзитни спътници, които по -късно са изстреляни и тествани. В режим на работа американската навигация започна да работи през декември 1963 г., тоест за по-малко от пет години беше възможно да се създаде работеща система с добра точност за времето си-средноквадратична грешка (RMS) за неподвижен обект беше 60 м.
Сателитен транзит 5А 1970 модел. Източник: timeandnavigation.si.edu
Транзитен приемник, инсталиран в кола, използвана от Смитсоновския геолог Тед Максуел в египетската пустиня през 1987 г. Работният кон на изследователя се оказа …
… съветската "Нива"! Източник: gpsworld.com [/center]
Определянето на координатите на подводница, движеща се по повърхността, беше по -проблематично: ако направите грешка със стойността на скоростта с 0,5 км / ч, тогава RMS ще се увеличи до 500 м. Следователно е по -целесъобразно да се обърнете към сателита за помощ в неподвижно положение на плавателния съд, което отново не беше лесно. Транзитът с ниска орбита (1100 км надморска височина) е приет от ВМС на САЩ в средата на 64 г., като част от четири спътника, което допълнително увеличава орбиталната група до седем превозни средства, а от 67 навигацията става достъпна за обикновените смъртни. В момента сателитното съзвездие „Транзит“се използва за изследване на йоносферата. Недостатъците на първата в света спътникова навигационна система бяха невъзможността да се определи височината на позицията на наземния потребител, значителната продължителност на наблюдението и точността на позиционирането на обекта, която в крайна сметка стана недостатъчна. Всичко това доведе до нови търсения в космическата индустрия на САЩ.
Време за космически кораби. Източник: timeandnavigation.si.edu
Втората спътникова навигационна система беше Timation от Naval Research Laboratory (NRL), която се управляваше от Роджър Истън. В рамките на проекта бяха сглобени два спътника, оборудвани с ултра прецизни часовници за излъчване на сигнали за време на наземни потребители и точно определяне на собственото им местоположение.
Експериментален спътник Timation NTS-3, оборудван с рубидиев часовник. Източник: gpsworld.com
В Timation беше формулиран основният принцип на бъдещите GPS системи: предавател работеше на спътника, излъчващ кодиран сигнал, който записва наземния абонат и измерва забавянето на преминаването му. Познавайки точното местоположение на спътника в орбита, оборудването лесно изчислява разстоянието до него и въз основа на тези данни определя своите собствени координати (ефемериди). Разбира се, това изисква поне три спътника и за предпочитане четири. Първите Тайментации излязоха в космоса през 1967 г. и в началото носеха кварцови часовници, а по -късно ултра прецизни атомни часовници - рубидий и цезий.
ВВС на САЩ действат независимо от ВМС по собствена глобална система за позициониране, наречена Air Force 621B. Триизмерността се превърна във важна иновация на тази техника-сега е възможно да се определи географската ширина, дължина и дългоочакваната височина на обект. Сателитните сигнали бяха разделени в съответствие с нов принцип на кодиране, базиран на псевдо-случаен шум-подобен сигнал. Псевдослучайният код увеличава шумовата устойчивост на сигнала и решава проблема с ограничаването на достъпа. Гражданските потребители на навигационно оборудване имат достъп само до отворен код, който може да бъде променен от наземния център за управление по всяко време. В този случай цялото "мирно" оборудване ще се провали, определяйки собствените си координати със значителна грешка. Кодовете за военно заключване ще останат непроменени.
Тестовете започнаха през 1972 г. на полигон в Ню Мексико, използвайки предаватели на балони и самолети като симулатори на спътници. „Система 612В“показа изключителна точност на позициониране от няколко метра и по това време се роди концепцията за средноорбитална глобална навигационна система с 16 спътника. В тази версия група от четири спътника (този брой е необходим за точна навигация) осигурява 24-часово покритие на целия континент. Няколко години "Системата 612В" беше в експериментален ранг и не се интересуваше особено от Пентагона. В същото време няколко офиса в Съединените щати работеха по „гореща“навигационна тема: Лабораторията по приложна физика работи по модификация на Transit, ВМС „довършват“Timation и дори сухопътните войски предлагат свои собствени SECOR (Последователна корелация на обхвата, последователно изчисляване на диапазони). Това не можеше да не притесни Министерството на отбраната, което беше изложено на риск да се сблъска с уникални навигационни формати във всеки вид войски. В определен момент един от американските воини удари с ръка по масата и се роди GPS, включващ всичко най -добро от своите предшественици. В средата на 70 -те години под егидата на Министерството на отбраната на САЩ е създаден тристранен съвместен комитет, наречен NAVSEG (Навигационна сателитна изпълнителна група), който определя важните параметри на бъдещата система - броя на спътниците, техните височини, сигнал кодове и методи на модулация. Когато стигнаха до стойността на разходите, те решиха незабавно да създадат две възможности - военна и търговска с предварително определена грешка в точността на позициониране. Военновъздушните сили изиграха водеща роля в тази програма, тъй като нейните Air Force 621B бяха най-сложният модел на бъдещата навигационна система, от която GPS заимства практически непроменена технология за псевдослучайни шумове. Системата за синхронизация на сигнала е взета от проекта Timtation, но орбитата е повишена до 20 хиляди километра, което осигурява 12-часов орбитален период вместо 8-часовия такъв на предшественика си. Опитен спътник беше изстрелян в космоса още през 1978 г. и, както обикновено, цялата необходима наземна инфраструктура беше подготвена предварително - бяха измислени само седем вида приемно оборудване. През 1995 г. GPS беше разгърнат изцяло - около 30 спътника са постоянно в орбита, въпреки факта, че за работа има достатъчно 24. Орбиталните самолети за спътници са разпределени шест, с наклон 550… В момента приложенията за GPS заснемане ви позволяват да определите позицията на потребителя с точност по -малка от един милиметър! От 1996 г. се появяват спътници Block 2R, оборудвани с автономна навигационна система AutoNav, която позволява на превозното средство да работи на орбита, когато наземната станция за управление е унищожена за най -малко 180 дни.
До края на 80 -те години бойното използване на GPS беше спорадично и незначително: определяне на координатите на минни полета в Персийския залив и премахване на несъвършенствата в картите по време на нашествието на Панама. Пълноценно бойно кръщение се случи в Персийския залив през 1990-1991 г. по време на Буря в пустинята. Войските успяха активно да маневрират в пустинна зона, където е трудно да се намерят приемливи ориентири, както и да водят артилерийски огън с висока точност по всяко време на денонощието в условия на пясъчни бури. По -късно GPS се оказа полезен в миротворческата операция в Сомалия през 1993 г., при американския десант в Хаити през 1994 г. и накрая в афганистанските и иракските кампании на 21 -ви век.
