4. lokakuuta 1957 tuli tärkeä kannustin Yhdysvalloille - ensimmäisen keinotekoisen Maasatelliitin laukaisun jälkeen Neuvostoliitossa amerikkalaiset insinöörit päättivät mukauttaa tilaa navigointitarpeiden täyttämiseksi (jenkeille ominaisella käytännöllisyydellä). Johns Hopkinsin yliopiston Applied Physics Laboratory (APL) -yhteistyökumppanit WG Guyer ja J. C. Wiffenbach tutkivat Neuvostoliiton Sputnik 1: n radiosignaalia ja kiinnittivät huomiota ohi kulkevan satelliitin lähettämän signaalin voimakkaaseen Doppler -taajuussiirtoon. Kun esikoisemme avaruudessa lähestyi, signaalin taajuus kasvoi ja perääntyvä lähetti vähenevän taajuuden radiosignaaleja. Tutkijat onnistuivat kehittämään tietokoneohjelman, joka määrittää ohi kulkevan objektin kiertoradan parametrit sen radiosignaalista yhdellä kertaa. Luonnollisesti myös päinvastainen periaate on mahdollinen - kiertoradan jo tunnettujen parametrien laskeminen käyttäen samaa radiotaajuisen vastaanottimen tuntemattomien koordinaattien samaa taajuussiirtoa. Tämä ajatus tuli APL: n työntekijän F. T. McCluren päämiehelle ja hän yhdessä laboratorion johtajan Richard Kershnerin kanssa koottiin joukko tutkijoita työskentelemään Transit -nimisen projektin parissa.
Richard Kershner (vasemmalla) on yksi American Global Positioning Systemin perustajista. Lähde: gpsworld.com
Ydinsukellusvene "George Washington" on Transit -järjestelmän ensimmäinen käyttäjä. Lähde: zonwar.ru
Transit -tähtikuvion toimintaradat. Lähde: gpsworld.com
Tärkein asiakas oli Yhdysvaltain laivasto, joka tarvitsi tarkkoja navigointityökaluja uusille Polaris -ohjuksilla varustetuille sukellusveneille. Tarve määrittää tarkasti sukellusveneiden, kuten "George Washingtonin" sijainti, oli äärimmäisen välttämätön silloiselle uutuudelle - ydinaseilla varustettujen ohjusten laukaisulle mistä tahansa valtameristä.
Sukellusveneiden kauttakulkuvastaanottolaitteet. Lähde: timeandnavigation.si.edu
Vuoteen 1958 mennessä amerikkalaiset pystyivät esittelemään Transit -satelliitin ensimmäisen kokeellisen prototyypin, ja 17. syyskuuta 1959 se lähetettiin avaruuteen. Myös maainfrastruktuuri luotiin - lanseeraushetkellä käyttäjän navigointilaitteistokompleksi ja maanseuranta -asemat olivat valmiita.
Hopkinsin yliopiston insinöörit kokoavat ja testaavat Transit -avaruusalusta. Lähde: timeandnavigation.si.edu
Amerikkalaiset työskentelivät satelliittinavigointiprojektissa täysin jälkipoltto -tilassa: vuoteen 1959 mennessä he olivat rakentaneet jopa viisi Transit -satelliittityyppiä, jotka myöhemmin laukaistiin ja testattiin. Toimintatilassa amerikkalainen navigointi aloitti toimintansa joulukuussa 1963, eli alle viidessä vuodessa oli mahdollista luoda toimiva järjestelmä, jolla oli hyvä tarkkuus ajallaan-kiinteän kohteen neliövirhe (RMS) oli 60 m.
Satelliitti Transit 5A 1970 -malli. Lähde: timeandnavigation.si.edu
Transit -vastaanotin, joka on asennettu Smithsonian geologin Ted Maxwellin käyttämään autoon Egyptin autiomaassa vuonna 1987. Tutkijan työhevonen osoittautui …
… Neuvostoliiton "Niva"! Lähde: gpsworld.com [/center]
Pinnalla liikkuvan sukellusveneen koordinaattien määrittäminen oli ongelmallisempaa: jos teet virheen nopeusarvolla 0,5 km / h, RMS kasvaa 500 metriin, joten oli tarkoituksenmukaisempaa kääntyä satelliitin puoleen apua aluksen paikallaan ollessa, mikä ei taaskaan ollut helppoa. Yhdysvaltain laivaston omaksui matalan kiertoradan (1100 km: n korkeus) kauttakulkuliikenne vuoden 64 puolivälissä osana neljää satelliittia, mikä kasvatti edelleen kiertoradan ryhmittymistä seitsemään ajoneuvoon, ja vuodesta 67 navigointi tuli vain kuolevaisten saataville. Tällä hetkellä Transit -satelliittikuvitusta käytetään ionosfäärin tutkimiseen. Maailman ensimmäisen satelliittinavigointijärjestelmän haitat olivat kyvyttömyys määrittää maankäyttäjän sijainnin korkeus, tarkkailun huomattava kesto ja kohteen paikannuksen tarkkuus, mikä lopulta tuli riittämättömäksi. Kaikki tämä johti uusiin hakuihin Yhdysvaltain avaruusalalla.
Avaruusaluksen aika. Lähde: timeandnavigation.si.edu
Toinen satelliittinavigointijärjestelmä oli Timation from Naval Research Laboratory (NRL), jota hoiti Roger Easton. Hankkeen puitteissa koottiin kaksi satelliittia, jotka oli varustettu erittäin tarkilla kelloilla lähettämään aikasignaaleja maanpäällisille kuluttajille ja määrittämään tarkasti heidän sijaintinsa.
Kokeellinen satelliitti Timation NTS-3, varustettu rubidiumkellolla. Lähde: gpsworld.com
Timationissa muotoiltiin tulevien GPS -järjestelmien perusperiaate: satelliitissa toimi lähetin, joka lähetti koodattua signaalia, joka tallensi maan tilaajan ja mitasi sen kulun viiveen. Tietäen satelliitin tarkan sijainnin kiertoradalla, laite laski helposti etäisyyden siihen ja määritteli näiden tietojen perusteella omat koordinaatit (efemeridit). Tämä vaatii tietysti vähintään kolme satelliittia ja mieluiten neljä. Ensimmäiset Timations menivät avaruuteen vuonna 1967 ja kantoivat alussa kvartsikelloja ja myöhemmin erittäin tarkkoja atomikelloja - rubidiumia ja cesiumia.
Yhdysvaltain ilmavoimat toimivat laivastosta riippumatta omalla maailmanlaajuisella paikannusjärjestelmällä nimeltä Air Force 621B. Kolmiulotteisuudesta on tullut tämän tekniikan tärkeä innovaatio-nyt on mahdollista määrittää kohteen leveysaste, pituusaste ja kauan odotettu korkeus. Satelliittisignaalit erotettiin uuden koodausperiaatteen mukaisesti, joka perustuu näennäissatunnaiseen kohinamaiseen signaaliin. Pseudo-satunnainen koodi lisää signaalin kohinanvaimennusta ja ratkaisee pääsyn rajoittamisen. Navigointilaitteiden siviilikäyttäjillä on pääsy vain avoimeen lähdekoodiin, jota voidaan muuttaa maanpäällisestä ohjauskeskuksesta milloin tahansa. Tässä tapauksessa kaikki "rauhanomaiset" laitteet epäonnistuvat ja määrittävät omat koordinaatit merkittävällä virheellä. Sotilaalliset lukitut koodit pysyvät muuttumattomina.
Testit alkoivat vuonna 1972 New Mexicon testipaikalla käyttäen ilmapallojen ja lentokoneiden lähettimiä satelliittien simulaattoreina. "System 612B" osoitti erinomaisen paikannustarkkuuden useita metrejä, ja tuolloin syntyi käsite keskikiertoisesta maailmanlaajuisesta navigointijärjestelmästä, jossa on 16 satelliittia. Tässä versiossa neljän satelliitin ryhmä (tämä numero on välttämätön tarkan navigoinnin kannalta) tarjosi 24 tunnin kattavuuden koko mantereelle. Parin vuoden ajan "System 612B" oli kokeellisessa arvossa eikä ollut erityisen kiinnostunut Pentagonista. Samaan aikaan useat toimistot Yhdysvalloissa työskentelivät "kuumalla" navigointiteemalla: Applied Physics Laboratory työskenteli muutoksen tekemisessä kauttakulkuliikenteeseen, laivasto oli "viimeistelemässä" ajoitusta ja jopa maavoimat tarjosivat omansa SECOR (Sequential Correlation of Range, peräkkäinen alueiden laskeminen). Tämä ei voinut huolestuttaa puolustusministeriötä, joka oli vaarassa kohdata ainutlaatuisia navigointimuotoja jokaisessa joukotyypissä. Eräänä hetkenä yksi amerikkalaisista sotureista löi kätensä pöydälle ja syntyi GPS, joka sisälsi kaikki edeltäjänsä parhaat puolet. 70 -luvun puolivälissä Yhdysvaltain puolustusministeriön alaisuudessa luotiin kolmikantainen sekakomitea nimeltä NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group), joka määritti tulevan järjestelmän tärkeät parametrit - satelliittien lukumäärän, niiden korkeuden, signaalin koodit ja modulaatiomenetelmät. Kun he tulivat kustannuslukuun, he päättivät heti luoda kaksi vaihtoehtoa - sotilaalliset ja kaupalliset, joissa oli ennalta määrätty virhe paikannustarkkuudessa. Ilmavoimilla oli johtava rooli tässä ohjelmassa, koska sen ilmavoimat 621B oli kehittynein malli tulevasta navigointijärjestelmästä, josta GPS lainasi käytännössä muuttumatonta näennäissatunnaista melutekniikkaa. Signaalin synkronointijärjestelmä otettiin Timtation-projektista, mutta kiertorata nostettiin 20 tuhanteen kilometriin, mikä tarjosi 12 tunnin kiertoajan edeltäjänsä 8 tunnin sijasta. Kokenut satelliitti laukaistiin avaruuteen jo vuonna 1978, ja kuten tavallista, kaikki tarvittavat maainfrastruktuurit valmisteltiin etukäteen - keksittiin vain seitsemän vastaanottotyyppiä. Vuonna 1995 GPS otettiin käyttöön täysimääräisesti - noin 30 satelliittia kiertää jatkuvasti, vaikka niitä on riittävästi toiminnassa 24. Satelliittien kiertoratoja on varattu kuusi, kaltevuus 550… Tällä hetkellä GPS -mittaussovellusten avulla voit määrittää kuluttajan sijainnin alle millimetrin tarkkuudella! Vuodesta 1996 lähtien on ilmestynyt Block 2R -satelliitteja, jotka on varustettu AutoNav -autonomisella navigointijärjestelmällä, jonka avulla ajoneuvo voi toimia kiertoradalla, kun maaohjausasema tuhoutuu vähintään 180 päivän ajan.
1980 -luvun lopulle asti GPS: n taistelukäyttö oli satunnaista ja merkityksetöntä: määritettiin Persianlahden miinakenttien koordinaatit ja poistettiin karttojen puutteet Panaman hyökkäyksen aikana. Täydellinen tulikaste tapahtui Persianlahdella vuosina 1990-1991 Desert Stormin aikana. Joukot pystyivät liikkumaan aktiivisesti autiomaassa, josta on vaikea löytää hyväksyttäviä maamerkkejä, sekä suorittaa tykistötulen suurella tarkkuudella milloin tahansa vuorokauden aikana hiekkamyrskyissä. Myöhemmin GPS osoittautui hyödylliseksi Somalian rauhanturvaoperaatiossa vuonna 1993, Yhdysvaltain laskeutumisessa Haitille vuonna 1994 ja lopulta 2000 -luvun Afganistanin ja Irakin kampanjoissa.
