4 Oktober 1957 menjadi insentif penting bagi Amerika Syarikat - setelah pelancaran satelit Bumi buatan pertama di USSR, jurutera Amerika memutuskan untuk menyesuaikan ruang untuk memenuhi keperluan navigasi (dengan ciri kepraktisan orang Yankees). Di Makmal Fizik Gunaan (APL) Universiti Johns Hopkins, kolaborator WG Guyer dan J. C. Wiffenbach mempelajari isyarat radio dari Soviet Sputnik 1 dan menarik perhatian terhadap peralihan frekuensi Doppler yang kuat dari isyarat yang dipancarkan oleh satelit yang lewat. Ketika anak sulung kita di angkasa menghampiri, frekuensi isyarat meningkat, dan penurunannya memancarkan isyarat radio penurunan frekuensi. Para penyelidik berjaya mengembangkan program komputer untuk menentukan parameter orbit objek yang lewat dari isyarat radio dalam satu hantaran. Secara semula jadi, prinsip yang berlawanan juga mungkin dilakukan - pengiraan parameter orbit yang sudah diketahui dengan menggunakan peralihan frekuensi yang sama dengan koordinat yang tidak diketahui dari penerima radio darat. Idea ini datang ke kepala pegawai APL F. T. McClure dan dia, bersama dengan pengarah makmal, Richard Kershner, mengumpulkan sekumpulan penyelidik untuk mengerjakan projek yang disebut Transit.
Richard Kershner (kiri) adalah salah seorang bapa pengasas Sistem Penentududukan Global Amerika. Sumber: gpsworld.com
Kapal selam nuklear "George Washington" adalah pengguna pertama sistem Transit. Sumber: zonwar.ru
Orbit operasi buruj Transit. Sumber: gpsworld.com
Pelanggan utama adalah Angkatan Laut AS, yang memerlukan alat navigasi ketepatan untuk kapal selam baru yang dilengkapi dengan peluru berpandu Polaris. Keperluan untuk menentukan lokasi kapal selam dengan tepat seperti "George Washington" sangat diperlukan untuk kebaruan ketika itu - pelancaran peluru berpandu dengan hulu ledak nuklear dari mana saja di lautan.
Peralatan penerimaan transit untuk kapal selam. Sumber: timeandnavigation.si.edu
Menjelang tahun 1958, orang Amerika dapat menunjukkan prototaip eksperimen pertama satelit Transit, dan pada 17 September 1959, ia dihantar ke angkasa lepas. Infrastruktur darat juga dibuat - pada saat pelancaran, kompleks peralatan navigasi pengguna, serta stesen pengesanan darat sudah siap.
Jurutera Universiti Hopkins memasang dan menguji kapal angkasa Transit. Sumber: timeandnavigation.si.edu
Orang Amerika mengusahakan projek navigasi satelit dalam mod afterburner penuh: menjelang tahun 1959, mereka telah membina sebanyak lima jenis satelit Transit, yang kemudian semuanya dilancarkan dan diuji. Dalam mod operasi, navigasi Amerika mula beroperasi pada bulan Disember 1963, iaitu, dalam masa kurang dari lima tahun, adalah mungkin untuk membuat sistem yang dapat dilaksanakan dengan ketepatan yang tepat pada masanya - ralat punca-punca-persegi (RMS) untuk objek pegun ialah 60 m.
Model Transit Satelit 5A 1970. Sumber: timeandnavigation.si.edu
Penerima Transit dipasang di dalam kereta yang digunakan oleh ahli geologi Smithsonian Ted Maxwell di padang pasir Mesir pada tahun 1987. Kuda kerja penyelidik ternyata …
… Soviet "Niva"! Sumber: gpsworld.com [/tengah]
Menentukan koordinat kapal selam yang bergerak di permukaan lebih bermasalah: jika anda membuat kesalahan dengan nilai kelajuan 0,5 km / jam, maka RMS akan meningkat menjadi 500 m. Oleh itu, lebih pantas untuk beralih ke satelit untuk membantu dalam kedudukan pegun kapal, yang sekali lagi tidak mudah. Transit dengan orbit rendah (ketinggian 1100 km) diadopsi oleh Angkatan Laut AS pada pertengahan tahun 64, sebagai sebahagian daripada empat satelit, semakin meningkatkan pengelompokan orbit menjadi tujuh kenderaan, dan dari 67, navigasi tersedia untuk manusia biasa. Pada masa ini, buruj satelit Transit digunakan untuk mengkaji ionosfera. Kelemahan sistem navigasi satelit pertama di dunia adalah ketidakupayaan untuk menentukan ketinggian kedudukan pengguna darat, jangka masa pemerhatian yang cukup besar dan ketepatan kedudukan objek, yang akhirnya menjadi tidak mencukupi. Semua ini membawa kepada pencarian baru di industri angkasa AS.
Timasi Kapal Angkasa. Sumber: timeandnavigation.si.edu
Sistem navigasi satelit kedua adalah Timation dari Naval Research Laboratory (NRL), yang dikendalikan oleh Roger Easton. Dalam kerangka projek, dua satelit dipasang, dilengkapi dengan jam ultra-tepat untuk menyiarkan isyarat waktu kepada pengguna darat dan menentukan lokasi mereka sendiri dengan tepat.
Timasi satelit eksperimental NTS-3, dilengkapi dengan jam rubidium. Sumber: gpsworld.com
Pada Timation, prinsip dasar sistem GPS masa depan dirumuskan: pemancar beroperasi di satelit, memancarkan isyarat berkod, yang merekam pelanggan darat dan mengukur kelewatan perjalanannya. Dengan mengetahui lokasi satelit yang tepat di orbit, peralatan dengan mudah mengira jarak ke sana dan, berdasarkan data ini, menentukan koordinatnya sendiri (ephemeris). Sudah tentu, ini memerlukan sekurang-kurangnya tiga satelit, dan lebih disukai empat. Timasi pertama masuk ke angkasa pada tahun 1967 dan membawa jam kuarza pada awalnya, dan kemudian jam atom ultra-tepat - rubidium dan cesium.
Tentera Udara Amerika Syarikat beroperasi secara bebas dari Tentera Laut pada sistem kedudukan globalnya sendiri yang disebut Tentera Udara 621B. Tiga dimensi telah menjadi inovasi penting teknik ini - kini mungkin untuk menentukan garis lintang, garis bujur dan ketinggian objek yang lama ditunggu-tunggu. Isyarat satelit dipisahkan mengikut prinsip pengkodan baru berdasarkan isyarat seperti bunyi pseudo-random. Kod pseudo-random meningkatkan kekebalan bunyi dari isyarat dan menyelesaikan masalah menyekat akses. Pengguna awam peralatan navigasi hanya dapat mengakses kod sumber terbuka, yang dapat diubah suai dari pusat kawalan darat pada bila-bila masa. Dalam kes ini, semua peralatan "aman" akan gagal, menentukan koordinatnya sendiri dengan kesalahan yang ketara. Kod terkunci tentera tidak akan berubah.
Ujian dimulakan pada tahun 1972 di sebuah lokasi ujian di New Mexico, menggunakan pemancar pada belon dan kapal terbang sebagai simulator satelit. "Sistem 612B" menunjukkan ketepatan kedudukan yang luar biasa beberapa meter dan pada masa itulah lahirlah konsep sistem navigasi global orbit sederhana dengan 16 satelit. Dalam versi ini, sekumpulan empat satelit (nombor ini diperlukan untuk navigasi yang tepat) memberikan liputan 24 jam di seluruh benua. Selama beberapa tahun, "Sistem 612B" berada di peringkat eksperimen dan tidak begitu berminat dengan Pentagon. Pada masa yang sama, beberapa pejabat di Amerika Syarikat sedang mengerjakan topik navigasi "panas": Makmal Fizik Gunaan sedang melakukan modifikasi Transit, Angkatan Laut sedang "menyelesaikan" Timasi, dan bahkan pasukan darat menawarkan sendiri SECOR (Correlation of Range Berurutan, pengiraan julat berurutan). Ini tidak boleh membimbangkan Kementerian Pertahanan, yang berisiko menghadapi format navigasi unik di setiap jenis pasukan. Pada saat tertentu, salah seorang pejuang Amerika membanting tangannya di atas meja dan GPS dilahirkan, menggabungkan semua yang terbaik dari pendahulunya. Pada pertengahan tahun 70-an, di bawah naungan Jabatan Pertahanan AS, sebuah jawatankuasa bersama tiga pihak bernama NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group) telah dibuat, yang menentukan parameter penting sistem masa depan - bilangan satelit, ketinggian mereka, isyarat kod dan kaedah modulasi. Ketika sampai pada angka kos, mereka memutuskan untuk segera membuat dua pilihan - ketenteraan dan komersial dengan ralat yang telah ditentukan dalam ketepatan kedudukan. Angkatan Udara memainkan peranan utama dalam program ini, kerana Angkatan Udara 621B adalah model yang paling canggih dari sistem navigasi masa depan, dari mana GPS meminjam teknologi kebisingan pseudo-rawak praktikal yang tidak berubah. Sistem penyegerakan isyarat diambil dari projek Timtation, tetapi orbit dinaikkan menjadi 20 ribu kilometer, yang memberikan tempoh orbit 12 jam dan bukan 8 jam dari pendahulunya. Satelit yang berpengalaman dilancarkan ke angkasa pada tahun 1978 dan, seperti biasa, semua infrastruktur tanah yang diperlukan telah disediakan terlebih dahulu - hanya tujuh jenis peralatan penerima yang diciptakan. Pada tahun 1995, GPS dikerahkan sepenuhnya - kira-kira 30 satelit sentiasa berada di orbit, walaupun untuk operasi terdapat cukup 24. Pesawat orbit untuk satelit diperuntukkan enam, dengan kecenderungan 550… Pada masa ini, aplikasi tinjauan GPS membolehkan anda menentukan kedudukan pengguna dengan ketepatan kurang dari satu milimeter! Sejak tahun 1996, satelit Block 2R telah muncul, dilengkapi dengan sistem navigasi autonomi AutoNav, yang membolehkan kenderaan beroperasi di orbit apabila stesen kawalan darat dihancurkan sekurang-kurangnya 180 hari.
Sehingga akhir 1980-an, penggunaan pertempuran GPS sporadis dan tidak penting: menentukan koordinat kawasan lombong di Teluk Parsi dan menghilangkan ketidaksempurnaan dalam peta semasa pencerobohan Panama. Pembaptisan api sepenuhnya berlaku di Teluk Parsi pada tahun 1990-1991 semasa Badai Gurun. Pasukan dapat bergerak secara aktif di kawasan padang pasir, di mana sukar untuk mencari mercu tanda yang dapat diterima, serta melakukan tembakan artileri dengan ketepatan tinggi pada bila-bila masa sepanjang hari dalam keadaan ribut pasir. Kemudian, GPS terbukti berguna dalam operasi pengaman damai di Somalia pada tahun 1993, di pendaratan Amerika di Haiti pada tahun 1994, dan, akhirnya, dalam kempen Afghanistan dan Iraq abad ke-21.
