4. oktoober 1957 sai Ameerika Ühendriikide jaoks oluliseks stiimuliks - pärast esimese NSV Liidus asuva kunstliku Maa satelliidi käivitamist otsustasid Ameerika insenerid kohandada ruumi navigatsioonivajaduste rahuldamiseks (jänkidele iseloomuliku praktilisusega). Johns Hopkinsi ülikooli rakendusfüüsika laboris (APL) uurisid kaastöötajad WG Guyer ja J. C. Wiffenbach nõukogude Sputnik 1 raadiosignaali ja juhtisid tähelepanu mööduva satelliidi poolt edastatava signaali tugevale Doppleri sageduse nihkele. Kui meie esmasündinu kosmoses lähenes, suurenes signaali sagedus ja taanduv kiirgas raadiosignaale väheneva sagedusega. Uurijatel õnnestus välja töötada arvutiprogramm, mis määrab ühe raasisignaaliga raadiosignaalist mööduva objekti orbiidi parameetrid. Loomulikult on võimalik ka vastupidine põhimõte - orbiidi juba teadaolevate parameetrite arvutamine, kasutades maapealse raadiovastuvõtja tundmatute koordinaatide sama sagedusnihet. See mõte tekkis APL -i töötaja F. T. McClure'i peas ja ta koos labori direktori Richard Kershneriga pani kokku grupi teadlasi, et töötada välja projekti nimega Transit.
Richard Kershner (vasakul) on üks Ameerika globaalse positsioneerimissüsteemi asutajatest. Allikas: gpsworld.com
Tuumaallveelaev "George Washington" on esimene transiidisüsteemi kasutaja. Allikas: zonwar.ru
Transiidi tähtkuju operatiivorbiidid. Allikas: gpsworld.com
Peamine klient oli USA merevägi, kes vajas täppisnavigatsioonivahendeid uutele Polarise rakettidega varustatud allveelaevadele. Vajadus täpselt määrata allveelaevade, nagu "George Washington", asukoht oli äärmiselt vajalik tolleaegse uudsuse - tuumalõhkepeadega rakettide väljalaskmise kohta kõikjalt ookeanidest.
Allveelaevade transiidi vastuvõtuseadmed. Allikas: timeandnavigation.si.edu
1958. aastaks suutsid ameeriklased esitleda Transiidi satelliidi esimest eksperimentaalset prototüüpi ning 17. septembril 1959 saadeti see kosmosesse. Samuti loodi maapealne infrastruktuur - käivitamise ajaks olid kasutaja navigeerimisseadmete kompleks ja maapealsed jälgimisjaamad valmis.
Hopkinsi ülikooli insenerid, kes monteerivad ja katsetavad Transiti kosmoselaeva. Allikas: timeandnavigation.si.edu
Ameeriklased töötasid satelliitnavigatsiooniprojekti kallal täielikus järelpõletusrežiimis: 1959. aastaks olid nad konstrueerinud lausa viit tüüpi Transiidi satelliite, mis hiljem kõik käivitati ja katsetati. Töörežiimis alustas Ameerika navigatsioon tööd 1963. aasta detsembris, see tähendab, et vähem kui viie aastaga oli võimalik luua toimiv süsteem oma aja kohta hea täpsusega-statsionaarse objekti ruutkeskmine viga (RMS) oli 60 m.
Satellite Transit 5A 1970 mudel. Allikas: timeandnavigation.si.edu
Transiidi vastuvõtja, mis oli paigaldatud autosse, mida kasutas Smithsoni geoloog Ted Maxwell 1987. aastal Egiptuse kõrbes. Teadlase tööhobuks osutus …
… nõukogude "Niva"! Allikas: gpsworld.com [/center]
Pinnal liikuva allveelaeva koordinaatide määramine oli problemaatilisem: kui teete kiiruse väärtusega 0,5 km / h vea, suureneb RMS 500 m -ni. Seetõttu oli otstarbekam pöörduda satelliidi poole abi laeva seisvas asendis, mis polnud jällegi lihtne. Madala orbiidiga (1100 km kõrgusel) transiidi võttis USA merevägi 64. keskel vastu nelja satelliidi osana, suurendades orbiidi rühmitust veelgi seitsmele sõidukile ja alates 67-st muutus navigatsioon kättesaadavaks ka lihtsurelikele. Praegu kasutatakse ionosfääri uurimiseks satelliidi tähtkuju Transiit. Maailma esimese satelliitnavigatsioonisüsteemi puudused olid suutmatus määrata maapealse kasutaja asukoha kõrgust, vaatluse märkimisväärne kestus ja objekti positsioneerimise täpsus, mis lõpuks muutus ebapiisavaks. Kõik see tõi kaasa uued otsingud USA kosmosetööstuses.
Kosmoselaeva ajastus. Allikas: timeandnavigation.si.edu
Teine satelliitnavigatsioonisüsteem oli Timation Naval Research Laboratoryst (NRL), mida juhtis Roger Easton. Projekti raames koostati kaks satelliiti, mis olid varustatud ülitäpsete kelladega, et edastada maismaatarbijatele ajasignaale ja määrata täpselt nende asukoht.
Eksperimentaalne satelliit Timation NTS-3, mis on varustatud rubiidiumkellaga. Allikas: gpsworld.com
Timationis sõnastati tulevaste GPS -süsteemide aluspõhimõte: satelliidil töötas saatja, mis kiirgas kodeeritud signaali, mis registreeris maapealse abonendi ja mõõtis selle läbimise viivitust. Teades satelliidi täpset asukohta orbiidil, arvutas varustus hõlpsalt kauguse sellest ja määras nende andmete põhjal oma koordinaadid (efemeriidid). Loomulikult on selleks vaja vähemalt kolme satelliiti ja eelistatavalt nelja. Esimesed Timations läksid kosmosesse 1967. aastal ja kandsid alguses kvartskellad ning hiljem ülitäpsed aatomkellad - rubiidium ja tseesium.
Ameerika Ühendriikide õhujõud tegutsesid mereväest sõltumatult oma globaalse positsioneerimissüsteemi nimega Air Force 621B. Kolmemõõtmelisusest on saanud selle tehnika oluline uuendus-nüüd on võimalik määrata objekti laius-, pikkus- ja kauaoodatud kõrgus. Satelliitsignaalid eraldati uue kodeerimispõhimõtte kohaselt, mis põhines pseudo-juhuslikul mürasarnasel signaalil. Pseudo-juhuslik kood suurendab signaali mürataluvust ja lahendab juurdepääsu piiramise probleemi. Navigatsiooniseadmete tsiviilkasutajatel on juurdepääs ainult avatud lähtekoodile, mida saab maapealsest juhtimiskeskusest igal ajal muuta. Sellisel juhul ebaõnnestub kogu "rahumeelne" varustus, määrates olulise veaga oma koordinaadid. Sõjaväe lukustatud koodid jäävad muutmata.
Katsed algasid 1972. aastal New Mexico katsekohas, kasutades satelliitide simulaatoritena õhupallide ja lennukite saatjaid. "Süsteem 612B" näitas silmapaistvat mitme meetri positsioneerimistäpsust ja just sel ajal sündis 16 satelliidiga keskmise orbiidiga globaalse navigatsioonisüsteemi kontseptsioon. Selles versioonis pakkus neljast satelliidist koosnev klaster (see number on vajalik täpseks navigeerimiseks) ööpäevaringset katvust kogu mandril. Paar aastat oli "System 612B" eksperimentaalses auastmes ega tundnud Pentagonist erilist huvi. Samal ajal töötasid mitmed Ameerika Ühendriikide kontorid "kuuma" navigeerimisteema kallal: rakendusfüüsika labor töötas transiidi muutmise kallal, merevägi "lõpetas" ajakava ja isegi maaväed pakkusid oma SECOR (vahemiku järjestikune korrelatsioon, vahemike järjestikune arvutamine). See ei saanud muud teha kui muretseda kaitseministeeriumile, kellel oli oht sattuda iga väeliigi ainulaadsete navigeerimisvormingute ette. Teatud hetkel lõi üks Ameerika sõdalasi käega lauale ja sündis GPS, mis hõlmas kõiki eelkäijaid. 70ndate keskel loodi USA kaitseministeeriumi egiidi all kolmepoolne ühiskomitee NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group), mis määras tulevase süsteemi olulised parameetrid - satelliitide arvu, nende kõrgused, signaali koodid ja modulatsioonimeetodid. Kui nad jõudsid kulunumbri juurde, otsustasid nad kohe luua kaks võimalust - sõjaline ja kommerts, millel on eelnevalt kindlaksmääratud viga positsioneerimistäpsuses. Õhuväel oli selles programmis juhtiv roll, kuna tema õhujõud 621B olid tulevase navigatsioonisüsteemi kõige keerukam mudel, kust GPS laenas praktiliselt muutmata pseudo-juhusliku müra tehnoloogiat. Signaali sünkroniseerimissüsteem võeti projektist Timtation, kuid orbiit tõsteti 20 tuhande kilomeetrini, mis andis eelkäija 8-tunnise asemel 12-tunnise orbitaalperioodi. Kogenud satelliit saadeti kosmosesse juba 1978. aastal ja nagu tavaliselt, valmistati kogu vajalik maainfrastruktuur ette - leiutati vaid seitse tüüpi vastuvõtuseadmeid. 1995. aastal kasutati GPS -i täies mahus - umbes 30 satelliiti on pidevalt orbiidil, hoolimata asjaolust, et tööks on piisavalt 24. Satelliitide orbiidilennukeid eraldatakse kuus, kaldega 550… Hetkel võimaldavad GPS -i mõõdistamisrakendused määrata tarbija positsiooni täpsusega alla ühe millimeetri! Alates 1996. aastast on ilmunud Block 2R satelliidid, mis on varustatud autonoomse navigeerimissüsteemiga AutoNav, mis võimaldab sõidukil töötada orbiidil, kui maapealne juhtimisjaam on hävitatud vähemalt 180 päeva.
Kuni 1980ndate lõpuni oli GPS -i lahingukasutus juhuslik ja ebaoluline: Pärsia lahe miiniväljade koordinaatide määramine ja kaartide puuduste kõrvaldamine Panama sissetungi ajal. Täielik tuleristimine toimus Pärsia lahes aastatel 1990-1991 kõrbetormi ajal. Väed suutsid aktiivselt manööverdada kõrbealal, kus on raske leida vastuvõetavaid maamärke, samuti liivahoogude tingimustes suvalisel ajal igal kuul suure täpsusega suurtükituld juhtida. Hiljem osutus GPS kasulikuks rahuvalveoperatsioonis Somaalias 1993. aastal, Ameerika dessandil Haitil 1994. aastal ja lõpuks 21. sajandi Afganistani ja Iraagi kampaaniates.
