4 oktober 1957 blev ett viktigt incitament för USA - efter lanseringen av den första artificiella jordsatelliten i Sovjetunionen beslutade amerikanska ingenjörer att anpassa rymden för att uppfylla navigationsbehov (med Yankees egenskaper som är praktiska). Vid Applied Physics Laboratory (APL) vid Johns Hopkins University studerade kollaboratörerna WG Guyer och J. C. Wiffenbach radiosignalen från den sovjetiska Sputnik 1 och uppmärksammade den starka Doppler -frekvensförskjutning av signalen som sändes ut från en satellit som passerar. När vår förstfödda i rymden närmade sig ökade signalens frekvens och den avtagande sände radiosignaler med minskande frekvens. Forskarna lyckades utveckla ett datorprogram för att bestämma parametrarna för omloppet för ett förbipasserande objekt från dess radiosignal i ett pass. Naturligtvis är den motsatta principen också möjlig - beräkning av de redan kända parametrarna i omloppsbanan med samma frekvensskift för de okända koordinaterna för jordradiomottagaren. Denna idé kom till chefen för APL -anställda F. T. McClure och han, tillsammans med laboratoriedirektören, Richard Kershner, satte ihop en grupp forskare för att arbeta med ett projekt som heter Transit.
Richard Kershner (vänster) är en av grundarna till American Global Positioning System. Källa: gpsworld.com
Kärnkraftsubåten "George Washington" är den första användaren av Transit -systemet. Källa: zonwar.ru
Operativa banor i Transit -konstellationen. Källa: gpsworld.com
Huvudkunden var US Navy, som behövde precisionsnavigeringsverktyg för nya ubåtar utrustade med Polaris -missiler. Behovet av att exakt bestämma placeringen av ubåtar som "George Washington" var oerhört nödvändigt för den dåvarande nyheten - lansering av missiler med kärnstridsspetsar från var som helst i haven.
Transitmottagningsutrustning för ubåtar. Källa: timeandnavigation.si.edu
År 1958 kunde amerikanerna presentera den första experimentella prototypen av Transit -satelliten, och den 17 september 1959 skickades den ut i rymden. Markinfrastrukturen skapades också - vid tidpunkten för lanseringen var komplexet för användarens navigationsutrustning samt markspårningsstationer klara.
Ingenjörer från Hopkins University monterar och testar rymdfarkosten Transit. Källa: timeandnavigation.si.edu
Amerikanerna arbetade med ett satellitnavigationsprojekt i fullt efterbrännarläge: 1959 hade de konstruerat så många som fem typer av Transit -satelliter, som senare alla lanserades och testades. I driftläge började amerikansk navigering fungera i december 1963, det vill säga på mindre än fem år var det möjligt att skapa ett fungerande system med god noggrannhet för sin tid-root-mean-square error (RMS) för ett stationärt objekt var 60 m.
Satellite Transit 5A 1970 modell. Källa: timeandnavigation.si.edu
En Transit -mottagare installerad i en bil som användes av Smithsonian -geologen Ted Maxwell i den egyptiska öknen 1987. Forskarens arbetshäst visade sig vara …
… den sovjetiska "Niva"! Källa: gpsworld.com [/center]
Att bestämma koordinaterna för en ubåt som rör sig på ytan var mer problematisk: om du gör ett misstag med hastighetsvärdet med 0,5 km / h, kommer RMS att öka till 500 m. Därför var det mer ändamålsenligt att vända sig till satelliten för hjälp i fartygets stationära position, vilket inte heller var lätt. Lågbanan (1100 km höjd) Transit antogs av US Navy i mitten av 64, som en del av fyra satelliter, vilket ytterligare ökade orbitalgrupperingen till sju fordon, och från 67 blev navigering tillgänglig för bara dödliga. För tillfället används satellitkonstellationen Transit för att studera jonosfären. Nackdelarna med världens första satellitnavigationssystem var oförmågan att bestämma höjden på markanvändarens position, den betydande varaktigheten av observationen och riktigheten av objektets positionering, som så småningom blev otillräcklig. Allt detta ledde till nya sökningar i den amerikanska rymdindustrin.
Rymdfarkostens tid. Källa: timeandnavigation.si.edu
Det andra satellitnavigeringssystemet var Timation from Naval Research Laboratory (NRL), som drivs av Roger Easton. Inom ramen för projektet samlades två satelliter, utrustade med ultraprecisa klockor för att sända tidssignaler till markkonsumenter och exakt bestämma sin egen plats.
Experimentell satellittimation NTS-3, utrustad med en rubidiumklocka. Källa: gpsworld.com
Vid tidpunkten formulerades grundprincipen för de framtida GPS -systemen: en sändare arbetade på satelliten och avgav en kodad signal som registrerade markabonnenten och mätte fördröjningen av dess passage. Genom att veta den exakta platsen för satelliten i omloppsbanan, beräknade utrustningen enkelt avståndet till den och bestämde utifrån dessa data sina egna koordinater (ephemeris). Naturligtvis kräver detta minst tre satelliter, och helst fyra. De första timningarna gick ut i rymden 1967 och bar kvartsur i början, och senare ultraprecisa atomur - rubidium och cesium.
USA: s flygvapen opererade oberoende av marinen på sitt eget globala positioneringssystem kallat Air Force 621B. Tredimensionalitet har blivit en viktig innovation i denna teknik-nu är det möjligt att bestämma ett objekts latitud, longitud och efterlängtade höjd. Satellitsignalerna separerades enligt en ny kodningsprincip baserad på en pseudo-slumpmässig brusliknande signal. Den pseudo-slumpmässiga koden ökar signalens brusimmunitet och löser problemet med att begränsa åtkomst. Civila användare av navigationsutrustning har endast tillgång till öppen källkod, som kan ändras från markkontrollcentralen när som helst. I detta fall kommer all "fredlig" utrustning att misslyckas och definiera sina egna koordinater med ett betydande fel. Militära låsta koder förblir oförändrade.
Tester började 1972 på en testplats i New Mexico, med hjälp av sändare på ballonger och flygplan som simulatorer av satelliter. "System 612B" visade en enastående positioneringsnoggrannhet på flera meter och det var då som konceptet med ett globalt navigationssystem med medelbana med 16 satelliter föddes. I den här versionen gav ett kluster av fyra satelliter (detta nummer är nödvändigt för noggrann navigering) 24-timmars täckning av hela kontinenten. Under ett par år var "System 612B" i experimentell rang och var inte särskilt intresserad av Pentagon. Samtidigt arbetade flera kontor i USA med ett "hett" navigationsämne: Applied Physics Laboratory arbetade med en modifiering av Transit, marinen "avslutade" Timering och till och med markstyrkorna erbjöd sin egen SECOR (Sekventiell korrelation av intervall, sekventiell beräkning av intervall). Detta kunde inte annat än oroa försvarsministeriet, som riskerade att möta unika navigationsformat i varje typ av trupper. Vid ett visst ögonblick slog en av de amerikanska krigarna med handen på bordet och en GPS föddes med alla de bästa av sina föregångare. I mitten av 70 -talet, under regi av det amerikanska försvarsdepartementet, skapades en trepartskommitté vid namn NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group), som bestämde de viktiga parametrarna för det framtida systemet - antalet satelliter, deras höjder, signal koder och moduleringsmetoder. När de kom till kostnadssiffran bestämde de sig för att omedelbart skapa två alternativ - militära och kommersiella med ett förutbestämt fel i positioneringsnoggrannheten. Flygvapnet spelade en ledande roll i detta program, eftersom dess Air Force 621B var den mest sofistikerade modellen för det framtida navigationssystemet, från vilket GPS lånade praktiskt taget oförändrad pseudo-slumpmässig brusteknik. Signalsynkroniseringssystemet togs från Timtation-projektet, men banan höjdes till 20 tusen kilometer, vilket gav en 12-timmars omloppsperiod i stället för en 8-timmars föregångare. En erfaren satellit lanserades i rymden redan 1978 och som vanligt var all nödvändig markinfrastruktur förberedd i förväg - endast sju typer av mottagningsutrustning uppfanns. 1995 distribuerades GPS i sin helhet - cirka 30 satelliter befinner sig ständigt i omloppsbana, trots att det finns tillräckligt med 24 satellitplaner för driften, med en lutning på 550… För närvarande kan du med GPS -mätningsprogram bestämma konsumentens position med en noggrannhet på mindre än en millimeter! Sedan 1996 har Block 2R -satelliter dykt upp, utrustade med AutoNavs autonoma navigationssystem, vilket gör att fordonet kan arbeta i omloppsbana när markkontrollstationen förstörs i minst 180 dagar.
Fram till slutet av 1980 -talet var stridsanvändningen av GPS sporadisk och obetydlig: att bestämma koordinaterna för minfält i Persiska viken och eliminera brister i kartor under invasionen av Panama. Ett fullvärdigt elddop skedde i Persiska viken 1990-1991 under Desert Storm. Trupperna kunde aktivt manövrera i ett ökenområde, där det är svårt att hitta acceptabla landmärken, samt att genomföra artillerield med hög noggrannhet när som helst på dygnet under förhållanden med sandstormar. Senare visade sig GPS vara användbar vid fredsbevarande operation i Somalia 1993, vid den amerikanska landningen i Haiti 1994 och slutligen i de afghanska och irakiska kampanjerna på 2000 -talet.
