1957. október 4 -e fontos ösztönzővé vált az Egyesült Államok számára - a Szovjetunióban az első mesterséges földi műhold felbocsátása után az amerikai mérnökök úgy döntöttek, hogy a világűrhöz igazítják a navigációs igényeket (a jenkikre jellemző praktikussággal). A Johns Hopkins Egyetem Alkalmazott Fizikai Laboratóriumában (APL) WG Guyer és J. C. Wiffenbach munkatársai tanulmányozták a szovjet Sputnik 1 rádiójeleit, és felhívták a figyelmet az elhaladó műhold által kibocsátott jel erős Doppler -frekvenciaeltolódására. Amikor elsőszülöttünk az űrben közeledett, a jel frekvenciája nőtt, és a távolodó egyre csökkenő frekvenciájú rádiójeleket bocsátott ki. A kutatóknak sikerült kifejleszteniük egy számítógépes programot, amely egy menetben meghatározza az elhaladó objektum pályájának paramétereit a rádiójeleiből. Természetesen az ellenkező elv is lehetséges - a pálya már ismert paramétereinek kiszámítása a földi rádióvevő ismeretlen koordinátáinak azonos frekvenciaeltolódásával. Ez az ötlet jutott az APL alkalmazottjának, F. T. McClure -nek a fejéhez, és ő a laboratórium igazgatójával, Richard Kershnerrel együtt egy kutatócsoportot állított össze a Transit nevű projekt kidolgozására.
Richard Kershner (balra) az Amerikai Global Positioning System egyik alapító atyja. Forrás: gpsworld.com
A "George Washington" nukleáris tengeralattjáró a Transit rendszer első felhasználója. Forrás: zonwar.ru
A tranzit konstelláció működési pályái. Forrás: gpsworld.com
A fő megrendelő az amerikai haditengerészet volt, amely precíz navigációs eszközökre volt szüksége a Polaris rakétákkal felszerelt új tengeralattjárókhoz. A tengeralattjárók, például a "George Washington" helyének pontos meghatározása rendkívül szükséges volt az akkori újdonsághoz - a nukleáris robbanófejű rakéták indításához az óceánok bármely pontjáról.
Tranzitfogadó berendezés tengeralattjárókhoz. Forrás: timeandnavigation.si.edu
1958 -ra az amerikaiak bemutathatták a Transit műhold első kísérleti prototípusát, és 1959. szeptember 17 -én elküldték az űrbe. Létrejött a földi infrastruktúra is - az indítás idejére készen állt a felhasználó navigációs berendezéseinek komplexuma, valamint a földi nyomkövető állomások.
A Hopkins Egyetem mérnökei összeszerelik és tesztelik a Transit űrszondát. Forrás: timeandnavigation.si.edu
Az amerikaiak teljes utóégető módban dolgoztak egy műholdas navigációs projekten: 1959 -ig már ötféle Transit műholdat készítettek, amelyeket később mind elindítottak és teszteltek. Üzemmódban az amerikai navigáció 1963 decemberében kezdte meg működését, vagyis kevesebb, mint öt év alatt sikerült létrehozni egy működőképes rendszert, amely a maga idejére jó pontossággal-a helyhez kötött objektum gyökér-négyzet hibája (RMS) 60 m volt.
Műholdas Transit 5A 1970 -es modell. Forrás: timeandnavigation.si.edu
Transit vevőegység, amelyet Ted Maxwell Smithsonian geológus használt egy autóba az egyiptomi sivatagban 1987 -ben. A kutató munkahelyi lóról kiderült, hogy …
… a szovjet "Niva"! Forrás: gpsworld.com [/center]
A felszínen mozgó tengeralattjáró koordinátáinak meghatározása problémásabb volt: ha 0,5 km / h sebességgel hibázik, akkor az RMS 500 m -re nő. Ezért célszerűbb volt a műholdhoz fordulni segítséget a hajó álló helyzetében, ami megint nem volt könnyű. Az alacsony pályájú (1100 km magasságú) tranzitot az amerikai haditengerészet 64 közepén, négy műhold részeként fogadta el, tovább növelve az orbitális csoportosulást hét járműre, 67-től pedig a navigáció a puszta halandók számára is elérhetővé vált. Jelenleg a Transit műhold konstellációt használják az ionoszféra tanulmányozására. A világ első műholdas navigációs rendszerének hátrányai közé tartozott, hogy képtelen volt meghatározni a földi felhasználó helyzetének magasságát, a megfigyelés jelentős időtartamát és a tárgy helymeghatározásának pontosságát, ami végül elégtelenné vált. Mindez új keresésekhez vezetett az amerikai űriparban.
Űrhajó időzítése. Forrás: timeandnavigation.si.edu
A második műholdas navigációs rendszer a Timation from the Naval Research Laboratory (NRL) volt, amelyet Roger Easton vezetett. A projekt keretében két műholdat állítottak össze, amelyek rendkívül pontos órákkal vannak felszerelve, hogy az időjeleket sugározzák a földi fogyasztóknak, és pontosan meghatározzák saját tartózkodási helyüket.
Kísérleti műhold Timation NTS-3, rubídium órával felszerelve. Forrás: gpsworld.com
A Timationnál megfogalmazták a jövőbeli GPS -rendszerek alapelvét: egy adó működött a műholdon, kódolt jelet bocsátott ki, amely rögzítette a földi előfizetőt, és mérte az áthaladás késését. Ismerve a műhold pontos helyét a pályán, a berendezés könnyen kiszámította a távolságot, és ezen adatok alapján meghatározta saját koordinátáit (efemerisz). Természetesen ehhez legalább három műholdra van szükség, és lehetőleg négyre. Az első Timations 1967 -ben ment az űrbe, és az elején kvarcórákat, később pedig ultrapontos atomórákat - rubídiumot és céziumot - hordoztak.
Az Egyesült Államok légiereje a haditengerészettől függetlenül működött saját globális helymeghatározó rendszere, az Air Force 621B néven. Ennek a technikának a fontos dimenziója lett a háromdimenzió-most már meg lehet határozni egy tárgy szélességét, hosszúságát és régóta várt magasságát. A műholdjeleket egy új kódolási elv szerint választották szét, egy ál-véletlenszerű zajszerű jel alapján. Az ál-véletlenszerű kód növeli a jel zajállóságát, és megoldja a hozzáférés korlátozásának kérdését. A navigációs berendezés polgári felhasználói csak a nyílt forráskódhoz férhetnek hozzá, amely bármikor módosítható a földi vezérlőközpontból. Ebben az esetben minden "békés" berendezés meghibásodik, és jelentős hibával határozza meg saját koordinátáit. A katonai zárolt kódok változatlanok maradnak.
A tesztek 1972 -ben kezdődtek egy új -mexikói teszthelyen, ahol léggömbökön és repülőgépeken lévő adókat használtak műholdak szimulátoraként. A "System 612B" több méteres kiemelkedő helymeghatározási pontosságot mutatott, és ekkor született meg a 16 műholdat tartalmazó közepes pályájú globális navigációs rendszer koncepciója. Ebben a változatban egy négy műholdból álló klaszter (ez a szám szükséges a pontos navigációhoz) 24 órás lefedettséget biztosított az egész kontinensen. Pár évig a "System 612B" kísérleti rangban volt, és nem érdekelte különösebben a Pentagon. Ugyanakkor az Egyesült Államokban több iroda dolgozott egy "forró" navigációs témán: az Alkalmazott Fizikai Laboratórium a tranzit módosításán dolgozott, a haditengerészet "befejezte" az időzítést, és még a szárazföldi erők is felajánlották a magukét SECOR (Range Sequential Correlation, Range szekvenciális számítása). Ez csak aggodalomra adhat okot a Honvédelmi Minisztériumban, amely azzal a kockázattal járt, hogy egyedi navigációs formátumokkal szembesül minden egyes típusú csapatnál. Egy bizonyos pillanatban az egyik amerikai harcos az asztalra csapta a kezét, és megszületett a GPS, amely magában foglalja elődei legjobbjait. A 70 -es évek közepén az amerikai védelmi minisztérium égisze alatt létrejött egy háromoldalú vegyes bizottság, a NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group), amely meghatározta a jövő rendszerének fontos paramétereit - a műholdak számát, magasságát, jelét. kódok és modulációs módszerek. Amikor a költségszámhoz jutottak, úgy döntöttek, hogy azonnal két lehetőséget hoznak létre - katonai és kereskedelmi, előre meghatározott hibával a pozicionálási pontosságban. A Légierő vezető szerepet játszott ebben a programban, mivel a 622B légiereje a jövő navigációs rendszerének legkifinomultabb modellje volt, amelyből a GPS gyakorlatilag változatlan ál-véletlenszerű zajtechnológiát kölcsönzött. A jelszinkronizáló rendszert a Timtation projektből vették át, de a pályát 20 ezer kilométerre emelték, ami 12 órás keringési időszakot biztosított az előd 8 órás helyett. Egy tapasztalt műholdat már 1978 -ban felbocsátottak az űrbe, és szokás szerint minden szükséges földi infrastruktúrát előzetesen előkészítettek - mindössze hétféle vevőkészüléket találtak fel. 1995 -ben a GPS -t teljes körűen telepítették - körülbelül 30 műhold folyamatosan kering a pályán, annak ellenére, hogy a működéshez elegendő 24. A műholdak számára keringő repülőgépek hat, 55 dőléssel0… Jelenleg a GPS -felmérési alkalmazások lehetővé teszik a fogyasztó helyzetének meghatározását egy milliméter alatti pontossággal! 1996 óta megjelennek a Block 2R műholdak, amelyek AutoNav autonóm navigációs rendszerrel vannak felszerelve, amely lehetővé teszi, hogy a jármű pályán működjön, amikor a földi vezérlőállomás legalább 180 napig megsemmisül.
A nyolcvanas évek végéig a GPS harci használata szórványos és jelentéktelen volt: meghatározta a Perzsa -öböl aknamezőinek koordinátáit, és megszüntette a térképek hiányosságait Panama inváziója során. Teljes értékű tűzkeresztség történt a Perzsa-öbölben 1990-1991 között a sivatagi vihar idején. A csapatok aktívan manőverezhettek egy sivatagi területen, ahol nehéz megtalálni az elfogadható tereptárgyakat, valamint nagy pontossággal tüzérségi tüzet vezényelni a nap bármely szakában, homokviharok körülményei között. Később a GPS hasznosnak bizonyult az 1993 -as szomáliai békefenntartó műveletben, az 1994 -es haiti amerikai leszállásnál, és végül a 21. századi afgán és iraki hadjáratokban.
