1957. gada 4. oktobris kļuva par nozīmīgu stimulu ASV - pēc pirmā mākslīgā Zemes pavadoņa palaišanas PSRS, amerikāņu inženieri nolēma pielāgot telpu, lai apmierinātu navigācijas vajadzības (ar jeņķiem raksturīgo praktiskumu). Džona Hopkinsa universitātes Lietišķās fizikas laboratorijā (APL) līdzstrādnieki WG Guyer un J. C. Wiffenbach pētīja padomju Sputnik 1 radiosignālu un vērsa uzmanību uz spēcīgo Doplera frekvences nobīdi no signāla, ko izstaro garāmgājējs satelīts. Kad mūsu pirmdzimtais kosmosā tuvojās, signāla frekvence pieauga, un atkāpšanās radīja radio signālus ar samazinošu frekvenci. Pētniekiem izdevās izstrādāt datorprogrammu, lai vienā piegājienā no tā radio signāla noteiktu garāmbraucoša objekta orbītas parametrus. Protams, ir iespējams arī pretējs princips - jau zināmo orbītas parametru aprēķins, izmantojot to pašu frekvences nobīdi no zemes radio uztvērēja nezināmajām koordinātām. Šī ideja radās APL darbiniekam F. T. Maklurem, un viņš kopā ar laboratorijas direktoru Ričardu Keršneru izveidoja pētnieku grupu, lai strādātu pie projekta ar nosaukumu Transit.
Ričards Keršners (pa kreisi) ir viens no Amerikas globālās pozicionēšanas sistēmas dibinātājiem. Avots: gpsworld.com
Kodolzemūdene "Džordžs Vašingtons" ir pirmais Tranzīta sistēmas lietotājs. Avots: zonwar.ru
Tranzīta zvaigznāja darbības orbītas. Avots: gpsworld.com
Galvenais klients bija ASV Jūras spēki, kuriem bija nepieciešami precīzas navigācijas rīki jaunām zemūdenēm, kas aprīkotas ar Polaris raķetēm. Nepieciešamība precīzi noteikt zemūdenes, piemēram, "Džordža Vašingtona" atrašanās vietu, bija ārkārtīgi nepieciešama toreizējam jaunumam - raķešu palaišanai ar kodolgalviņām no jebkuras vietas okeānos.
Tranzīta pieņemšanas aprīkojums zemūdenēm. Avots: timeandnavigation.si.edu
Līdz 1958. gadam amerikāņi varēja prezentēt pirmo Transit satelīta eksperimentālo prototipu, un 1959. gada 17. septembrī tas tika nosūtīts kosmosā. Tika izveidota arī zemes infrastruktūra - līdz palaišanas brīdim lietotāja navigācijas aprīkojuma komplekss, kā arī zemes izsekošanas stacijas bija gatavas.
Hopkinsa universitātes inženieri, kas montē un testē Transit kosmosa kuģi. Avots: timeandnavigation.si.edu
Amerikāņi strādāja pie satelītnavigācijas projekta pilnā pēcdedzināšanas režīmā: līdz 1959. gadam viņi bija uzbūvējuši pat piecus Transit satelītu veidus, kas vēlāk tika palaisti un pārbaudīti. Darba režīmā amerikāņu navigācija sāka darboties 1963. gada decembrī, tas ir, mazāk nekā piecu gadu laikā bija iespējams izveidot funkcionējošu sistēmu ar labu precizitāti savam laikam-stacionāra objekta vidējās kvadrātiskās kļūdas (RMS) bija 60 m.
Satelīta Transit 5A 1970 modelis. Avots: timeandnavigation.si.edu
Transit uztvērējs, kas uzstādīts automašīnā, kuru 1987. gadā izmantoja Smitsona ģeologs Teds Maksvels Ēģiptes tuksnesī. Pētnieka darba zirgs izrādījās …
… padomju "Ņiva"! Avots: gpsworld.com [/centrs]
Virszemes pārvietošanās zemūdenes koordinātu noteikšana bija problemātiskāka: ja kļūdāties ar ātruma vērtību par 0,5 km / h, tad RMS palielinās līdz 500 m. Tāpēc bija lietderīgāk vērsties pie satelīta palīdzību stacionārā kuģa stāvoklī, kas atkal nebija viegli. Zema orbītas (1100 km augstumā) tranzītu ASV Jūras spēki pieņēma 64. gada vidū četru satelītu sastāvā, vēl vairāk palielinot orbītas grupu līdz septiņiem transportlīdzekļiem, un no 67 navigācija kļuva pieejama vienkāršiem mirstīgajiem. Šobrīd jonosfēras izpētei tiek izmantots satelīta tranzīts. Pasaulē pirmās satelītu navigācijas sistēmas trūkumi bija nespēja noteikt zemes lietotāja atrašanās vietas augstumu, ievērojamais novērošanas ilgums un objekta pozicionēšanas precizitāte, kas galu galā kļuva nepietiekama. Tas viss izraisīja jaunus meklējumus ASV kosmosa industrijā.
Kosmosa kuģa laiks. Avots: timeandnavigation.si.edu
Otra satelītu navigācijas sistēma bija Timation no Naval Research Laboratory (NRL), kuru vadīja Rodžers Īstons. Projekta ietvaros tika samontēti divi satelīti, kas aprīkoti ar īpaši precīziem pulksteņiem, lai pārraidītu laika signālus zemes patērētājiem un precīzi noteiktu viņu atrašanās vietu.
Eksperimentālais satelīts Timation NTS-3, kas aprīkots ar rubīdija pulksteni. Avots: gpsworld.com
Timation tika formulēts nākotnes GPS sistēmu pamatprincips: satelītā darbojās raidītājs, kas izstaroja kodētu signālu, kas ierakstīja zemes abonentu un izmērīja tā pārejas kavēšanos. Zinot precīzu satelīta atrašanās vietu orbītā, iekārta viegli aprēķināja attālumu līdz tai un, pamatojoties uz šiem datiem, noteica savas koordinātas (efemēris). Protams, tam nepieciešami vismaz trīs satelīti, vēlams četri. Pirmie laikapstākļi kosmosā nonāca 1967. gadā, un sākumā tie nesa kvarca pulksteņus, vēlāk - īpaši precīzus atomu pulksteņus - rubīdiju un cēziju.
Amerikas Savienoto Valstu gaisa spēki neatkarīgi no Jūras spēkiem darbojās savā globālajā pozicionēšanas sistēmā, ko sauc par Gaisa spēkiem 621B. Trīsdimensionalitāte ir kļuvusi par svarīgu šīs tehnikas jauninājumu-tagad ir iespējams noteikt objekta platumu, garumu un ilgi gaidīto augstumu. Satelīta signāli tika atdalīti saskaņā ar jaunu kodēšanas principu, kas balstīts uz pseidogadījuma trokšņam līdzīgu signālu. Pseidogadījuma kods palielina signāla trokšņa imunitāti un atrisina piekļuves ierobežošanas jautājumu. Civiliem navigācijas iekārtu lietotājiem ir pieejams tikai atvērtā pirmkoda kods, kuru jebkurā laikā var mainīt no zemes vadības centra. Šajā gadījumā viss "mierīgais" aprīkojums neizdosies, nosakot savas koordinātas ar būtisku kļūdu. Militārie bloķētie kodi paliks nemainīgi.
Pārbaudes sākās 1972. gadā testēšanas vietā Ņūmeksikā, izmantojot balonu un lidmašīnu raidītājus kā satelītu simulatorus. "Sistēma 612B" parādīja izcilu vairāku metru pozicionēšanas precizitāti, un tajā laikā radās vidējas orbītas globālās navigācijas sistēmas ar 16 satelītiem koncepcija. Šajā versijā četru satelītu kopa (šis skaitlis ir nepieciešams precīzai navigācijai) nodrošināja visu kontinentu 24 stundu pārklājumu. Pāris gadus "System 612B" atradās eksperimentālajā rangā un viņu īpaši neinteresēja Pentagons. Tajā pašā laikā vairāki biroji ASV strādāja pie "karstas" navigācijas tēmas: Lietišķās fizikas laboratorija strādāja pie tranzīta modifikācijas, Jūras spēki "pabeidza" laiku, un pat sauszemes spēki piedāvāja savu SECOR (diapazona secīga korelācija, diapazonu secīgs aprēķins). Tas varēja tikai satraukt Aizsardzības ministriju, kurai bija risks saskarties ar unikāliem navigācijas formātiem katrā karaspēka veidā. Noteiktā brīdī viens no amerikāņu karavīriem uzsita ar roku uz galda un piedzima GPS, kurā bija iekļauts viss labākais no tā priekšgājējiem. 70. gadu vidū ASV Aizsardzības ministrijas paspārnē tika izveidota trīspusēja apvienotā komiteja ar nosaukumu NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group), kas noteica nākotnes sistēmas svarīgos parametrus - satelītu skaitu, to augstumu, signālu. kodi un modulācijas metodes. Kad viņi nonāca pie izmaksu skaitļa, viņi nolēma nekavējoties izveidot divas iespējas - militāro un komerciālo ar iepriekš noteiktu kļūdu pozicionēšanas precizitātē. Gaisa spēki spēlēja vadošo lomu šajā programmā, jo tās gaisa spēki 621B bija vismodernākais nākotnes navigācijas sistēmas modelis, no kura GPS aizņēmās praktiski nemainīgu pseidogadījuma trokšņa tehnoloģiju. Signālu sinhronizācijas sistēma tika ņemta no projekta Timtation, bet orbīta tika pacelta līdz 20 tūkstošiem kilometru, kas nodrošināja 12 stundu orbitālo periodu, nevis 8 stundu vienu no tā priekšgājējiem. Pieredzējis pavadonis kosmosā tika palaists jau 1978. gadā un, kā ierasts, visa nepieciešamā zemes infrastruktūra tika sagatavota iepriekš - tika izgudrots tikai septiņu veidu uztveršanas aprīkojums. 1995. gadā GPS tika izvietots pilnā apjomā - aptuveni 30 satelīti pastāvīgi atrodas orbītā, neskatoties uz to, ka darbībai pietiek 24.0… Šobrīd GPS uzmērīšanas lietojumprogrammas ļauj noteikt patērētāja pozīciju ar precizitāti, kas mazāka par vienu milimetru! Kopš 1996. gada ir parādījušies Block 2R satelīti, kas aprīkoti ar AutoNav autonomo navigācijas sistēmu, kas ļauj transportlīdzeklim darboties orbītā, kad zemes vadības stacija tiek iznīcināta vismaz 180 dienas.
Līdz astoņdesmito gadu beigām GPS izmantošana cīņā bija sporādiska un nenozīmīga: noteica mīnu lauku koordinātas Persijas līcī un novērsa karšu nepilnības iebrukuma laikā Panamā. Pilnvērtīgas uguns kristības notika Persijas līcī 1990.-1991. Gadā tuksneša vētras laikā. Karaspēks varēja aktīvi manevrēt tuksneša apgabalā, kur ir grūti atrast pieņemamus orientierus, kā arī smilšu vētru apstākļos ar augstu precizitāti veikt artilērijas uguni jebkurā diennakts laikā. Vēlāk GPS izrādījās noderīgs miera uzturēšanas operācijā Somālijā 1993. gadā, amerikāņu desantā Haiti 1994. gadā un, visbeidzot, 21. gadsimta Afganistānas un Irākas kampaņās.
