4 اکتبر 1957 انگیزه مهمی برای ایالات متحده شد - پس از پرتاب اولین ماهواره مصنوعی زمین در اتحاد جماهیر شوروی ، مهندسان آمریکایی تصمیم گرفتند فضا را برای برآوردن نیازهای ناوبری (با ویژگی کاربردی یانکی ها) تطبیق دهند. در آزمایشگاه فیزیک کاربردی (APL) دانشگاه جانز هاپکینز ، همکاران WG Guyer و J. C. Wiffenbach سیگنال رادیویی اسپوتنیک 1 شوروی را مطالعه کردند و توجه را به تغییر فرکانس قوی داپلر سیگنال ساطع شده از یک ماهواره عبوری جلب کردند. وقتی فرزند اول ما در فضا نزدیک شد ، فرکانس سیگنال افزایش یافته و یکی که عقب می رود سیگنال های رادیویی را با فرکانس کاهش می دهد. محققان موفق به ایجاد یک برنامه کامپیوتری برای تعیین پارامترهای مدار یک جسم عبوری از سیگنال رادیویی آن در یک گذر شدند. به طور طبیعی ، اصل مخالف نیز امکان پذیر است - محاسبه پارامترهای قبلاً شناخته شده مدار با استفاده از همان تغییر فرکانس مختصات ناشناخته گیرنده رادیویی زمین. این ایده به سر کارمند APL F. T. McClure آمد و او به همراه مدیر آزمایشگاه ، ریچارد کرشنر ، گروهی از محققان را برای کار بر روی پروژه ای به نام Transit جمع آوری کردند.
ریچارد کرشنر (سمت چپ) یکی از بنیانگذاران سیستم موقعیت یابی جهانی آمریکا است. منبع: gpsworld.com
زیردریایی هسته ای "جورج واشنگتن" اولین کاربر سیستم ترانزیت است. منبع: zonwar.ru
مدارهای عملیاتی صورت فلکی ترانزیت منبع: gpsworld.com
مشتری اصلی نیروی دریایی ایالات متحده بود که به ابزارهای ناوبری دقیق برای زیردریایی های جدید مجهز به موشک های پولاریس نیاز داشت. نیاز به تعیین دقیق موقعیت زیردریایی ها مانند "جورج واشنگتن" برای تازگی آن زمان بسیار ضروری بود - پرتاب موشک با کلاهک هسته ای از هر نقطه از اقیانوس ها.
تجهیزات دریافت ترانزیت برای زیردریایی ها. منبع: timeandnavigation.si.edu
تا سال 1958 ، آمریکایی ها توانستند اولین نمونه آزمایشی ماهواره ترانزیت را ارائه دهند و در 17 سپتامبر 1959 ، به فضا فرستاده شد. زیرساخت های زمینی نیز ایجاد شد - در زمان راه اندازی ، مجموعه تجهیزات ناوبری کاربر و ایستگاه های ردیابی زمینی آماده بودند.
مهندسان دانشگاه هاپکینز مونتاژ و آزمایش فضاپیمای Transit را انجام می دهند. منبع: timeandnavigation.si.edu
آمریکایی ها روی یک پروژه ناوبری ماهواره ای در حالت کامل پس از سوز کار کردند: تا سال 1959 ، آنها پنج نوع ماهواره ترانزیت ساختند که بعداً همه پرتاب و آزمایش شدند. در حالت کار ، ناوبری آمریکایی در دسامبر 1963 شروع به کار کرد ، یعنی در کمتر از پنج سال ، امکان ایجاد یک سیستم قابل اجرا با دقت خوب برای زمان خود وجود داشت-خطای میانگین مربع (RMS) برای یک شیء ثابت 60 متر بود
ماهواره ترانزیت 5A مدل 1970. منبع: timeandnavigation.si.edu
گیرنده ترانزیت نصب شده در خودرویی که توسط زمین شناس اسمیتسونیان تد ماکسول در بیابان مصر در 1987 استفاده شد. اسب کار محقق مشخص شد …
… "نیوا" شوروی! منبع: gpsworld.com [/center]
تعیین مختصات یک زیردریایی که روی سطح حرکت می کند مشکل سازتر بود: اگر با سرعت سرعت 0.5 کیلومتر در ساعت اشتباه کنید ، RMS به 500 متر افزایش می یابد. بنابراین ، بهتر است به ماهواره مراجعه کنید کمک در موقعیت ثابت کشتی ، که باز هم آسان نبود.ترانزیت کم مدار (ارتفاع 1100 کیلومتر) توسط نیروی دریایی ایالات متحده در اواسط سال 64 به عنوان بخشی از چهار ماهواره تصویب شد و گروه مداری را به هفت وسیله نقلیه افزایش داد و از 67 ، ناوبری در دسترس فانیان ساده قرار گرفت. در حال حاضر ، صورت فلکی ماهواره ترانزیت برای مطالعه یونوسفر استفاده می شود. معایب اولین سیستم ناوبری ماهواره ای جهان عدم توانایی در تعیین ارتفاع موقعیت کاربر زمین ، مدت زمان قابل ملاحظه رصد و دقت موقعیت یابی جسم بود که در نهایت کافی نبود. همه اینها منجر به جستجوهای جدیدی در صنعت فضایی ایالات متحده شد.
فضاپیمای زمان بندی. منبع: timeandnavigation.si.edu
دومین سیستم ناوبری ماهواره ای Timation from the Naval Research Laboratory (NRL) بود که توسط راجر ایستون اداره می شد. در چارچوب پروژه ، دو ماهواره مونتاژ شدند ، مجهز به ساعتهای بسیار دقیق برای پخش سیگنالهای زمان به مصرف کنندگان زمینی و تعیین دقیق موقعیت مکانی آنها.
ماهواره آزمایشی Timation NTS-3 ، مجهز به ساعت روبیدیوم. منبع: gpsworld.com
در Timation ، اصل اساسی سیستم های GPS آینده تدوین شد: فرستنده ای بر روی ماهواره کار می کرد و سیگنال کد شده ای را منتشر می کرد که مشترک زمینی را ضبط می کرد و تاخیر عبور آن را اندازه گیری می کرد. این تجهیزات با اطلاع از موقعیت دقیق ماهواره در مدار ، فاصله آن را به راحتی محاسبه کرده و بر اساس این داده ها مختصات خود را (گذر) تعیین می کند. البته این امر حداقل به سه ماهواره و ترجیحاً چهار ماهواره نیاز دارد. اولین Timations در سال 1967 به فضا رفت و در ابتدا ساعتهای کوارتز و بعداً ساعتهای اتمی فوق دقیق - روبیدیوم و سزیم را حمل می کرد.
نیروی هوایی ایالات متحده مستقل از نیروی دریایی بر روی سیستم موقعیت یابی جهانی خود به نام نیروی هوایی 621B عمل می کرد. سه بعدی به یک نوآوری مهم در این تکنیک تبدیل شده است-اکنون می توان عرض ، طول جغرافیایی و ارتفاع مورد انتظار یک شی را تعیین کرد. سیگنالهای ماهواره ای بر اساس یک اصل کدگذاری جدید بر اساس یک سیگنال شبه نویز شبه تصادفی جدا شدند. کد شبه تصادفی ایمنی نویز سیگنال را افزایش می دهد و مسئله محدود کردن دسترسی را حل می کند. کاربران غیرنظامی تجهیزات ناوبری فقط به کد منبع باز دسترسی دارند که می تواند در هر زمان از مرکز کنترل زمینی تغییر یابد. در این حالت ، تمام تجهیزات "صلح آمیز" خراب می شوند و مختصات خود را با خطای قابل توجهی مشخص می کنند. کدهای قفل شده نظامی بدون تغییر باقی خواهند ماند.
آزمایشات در سال 1972 در یک محل آزمایش در نیومکزیکو با استفاده از فرستنده های بالن و هواپیما به عنوان شبیه ساز ماهواره آغاز شد. "سیستم 612B" دقت موقعیت یابی چند متری را نشان داد و در آن زمان بود که مفهوم سیستم ناوبری جهانی با مدار متوسط با 16 ماهواره به وجود آمد. در این نسخه ، خوشه ای از چهار ماهواره (این تعداد برای ناوبری دقیق لازم است) پوشش 24 ساعته کل قاره را فراهم کرد. برای چند سال ، "سیستم 612B" در رتبه تجربی قرار داشت و علاقه خاصی به پنتاگون نداشت. در همان زمان ، چندین دفتر در ایالات متحده روی یک موضوع ناوبری "داغ" کار می کردند: آزمایشگاه فیزیک کاربردی بر روی اصلاح ترانزیت کار می کرد ، نیروی دریایی Timing را "به پایان می رساند" ، و حتی نیروهای زمینی خود را ارائه می دهند. SECOR (همبستگی متوالی محدوده ، محاسبه متوالی محدوده ها). این نمی تواند وزارت دفاع را نگران نکند ، که در معرض خطر مواجه شدن با قالب های ناوبری منحصر به فرد در هر نوع نیرو بود. در یک لحظه مشخص ، یکی از رزمندگان آمریکایی دست خود را روی میز کوبید و یک GPS متولد شد که تمام بهترین نسخه های قبلی خود را شامل می شد. در اواسط دهه 70 ، تحت حمایت وزارت دفاع ایالات متحده ، یک کمیته مشترک سه جانبه به نام NAVSEG (گروه اجرایی ماهواره ناوبری) ایجاد شد که پارامترهای مهم سیستم آینده - تعداد ماهواره ها ، ارتفاع آنها ، سیگنال را تعیین کرد. کدها و روشهای تعدیلوقتی به رقم هزینه رسیدند ، تصمیم گرفتند بلافاصله دو گزینه ایجاد کنند - نظامی و تجاری با خطای از پیش تعیین شده در دقت موقعیت یابی. نیروی هوایی نقش اصلی را در این برنامه ایفا کرد ، زیرا نیروی هوایی 621B پیچیده ترین مدل سیستم ناوبری آینده بود که GPS از آن تقریباً بدون تغییر سر و صدای شبه تصادفی وام گرفته بود. سیستم همگام سازی سیگنال از پروژه Timtation گرفته شده است ، اما مدار به 20 هزار کیلومتر افزایش یافته است ، که به مدت 8 ساعت یک دوره گردش مداری به جای 8 ساعت قبلی انجام داد. ماهواره ای با تجربه در سال 1978 به فضا پرتاب شد و طبق معمول ، تمام زیرساخت های لازم زمینی از قبل آماده شده بود - فقط هفت نوع تجهیزات دریافت اختراع شد. در سال 1995 ، GPS به طور کامل مستقر شد - حدود 30 ماهواره به طور مداوم در مدار هستند ، با وجود این واقعیت که 24 دستگاه به اندازه کافی برای عملیات وجود دارد. شش هواپیمای مداری برای ماهواره ها به شش تخصیص داده شده است ، با شیب 550… در حال حاضر ، برنامه های نقشه برداری GPS به شما امکان می دهد موقعیت مصرف کننده را با دقت کمتر از یک میلی متر تعیین کنید! از سال 1996 ، ماهواره های Block 2R ظاهر شده اند که مجهز به سیستم ناوبری خودکار AutoNav هستند ، که به خودرو اجازه می دهد هنگامی که ایستگاه کنترل زمینی حداقل 180 روز از بین می رود ، در مدار کار کند.
تا اواخر دهه 1980 ، استفاده رزمی از GPS پراکنده و ناچیز بود: تعیین مختصات میدان های مین در خلیج فارس و از بین بردن نقص در نقشه ها در زمان حمله به پاناما. یک غسل تعمید کامل آتش در خلیج فارس در 1990-1991 در طول طوفان صحرا اتفاق افتاد. سربازان توانستند در منطقه ای بیابانی ، جایی که یافتن مکانهای قابل قبول دشوار است ، و همچنین انجام توپخانه با دقت بالا در هر زمان از روز در شرایط طوفان شن ، به طور فعال مانور دهند. بعداً ، GPS در عملیات حفظ صلح در سومالی در سال 1993 ، در فرود آمریكایی ها در هائیتی در 1994 و سرانجام در مبارزات افغانستان و عراق در قرن 21 مفید واقع شد.
