4. listopada 1957. postao je važan poticaj za Sjedinjene Države - nakon lansiranja prvog vještačkog Zemljinog satelita u SSSR -u, američki inženjeri odlučili su prilagoditi svemir za potrebe navigacije (sa praktičnošću karakterističnom za Jenkije). U Laboratoriji za primijenjenu fiziku (APL) sa Univerziteta Johns Hopkins, saradnici WG Guyer i J. C. Wiffenbach proučavali su radio signal sa sovjetskog Sputnjika 1 i skrenuli pažnju na snažno Doppler -ovo pomjeranje frekvencije signala koji emituje satelit u prolazu. Kad se naš prvorođenče u svemiru približilo, frekvencija signala se povećala, a onaj koji se povlačio emitirao je radio signale sve niže frekvencije. Istraživači su uspjeli razviti kompjuterski program za određivanje parametara orbite objekta u prolazu iz njegovog radio signala u jednom prolazu. Naravno, moguć je i suprotan princip - proračun već poznatih parametara orbite koristeći isti pomak frekvencije nepoznatih koordinata zemaljskog radio prijemnika. Ova ideja pala je na pamet zaposleniku APL -a F. T. McClureu, koji je zajedno s direktorom laboratorije Richardom Kershnerom okupio grupu istraživača koji će raditi na projektu pod nazivom Transit.
Richard Kershner (lijevo) jedan je od osnivača američkog globalnog sistema pozicioniranja. Izvor: gpsworld.com
Nuklearna podmornica "George Washington" prvi je korisnik tranzitnog sistema. Izvor: zonwar.ru
Operativne orbite tranzitne konstelacije. Izvor: gpsworld.com
Glavni kupac bila je američka mornarica, kojoj su bili potrebni precizni navigacijski alati za nove podmornice opremljene raketama Polaris. Potreba da se točno odredi lokacija podmornica poput "George Washington" bila je iznimno neophodna za tadašnju novinu - lansiranje projektila s nuklearnim bojevim glavama s bilo kojeg mjesta u oceanima.
Tranzitna prijemna oprema za podmornice. Izvor: timeandnavigation.si.edu
Do 1958. Amerikanci su uspjeli predstaviti prvi eksperimentalni prototip satelita Transit, a 17. septembra 1959. poslan je u svemir. Napravljena je i zemaljska infrastruktura - do trenutka lansiranja kompleks korisničke navigacijske opreme, kao i zemaljske stanice za praćenje bili su spremni.
Inženjeri Univerziteta Hopkins sastavljaju i testiraju svemirsku letjelicu Transit. Izvor: timeandnavigation.si.edu
Amerikanci su radili na projektu satelitske navigacije u režimu potpunog sagorijevanja: do 1959. godine izgradili su čak pet vrsta tranzitnih satelita, koji su kasnije svi lansirani i testirani. U načinu rada američka navigacija počela je s radom u prosincu 1963. godine, odnosno za manje od pet godina bilo je moguće stvoriti izvediv sistem s dobrom preciznošću za svoje vrijeme-korijenom srednje greške (RMS) za nepomični objekt iznosio je 60 m.
Satelitski tranzit 5A 1970 model. Izvor: timeandnavigation.si.edu
Transit prijemnik instaliran u automobilu koji je koristio Smithsonian geolog Ted Maxwell u egipatskoj pustinji 1987. godine. Ispostavilo se da je istraživački radni konj …
… sovjetska "Niva"! Izvor: gpsworld.com [/centar]
Određivanje koordinata podmornice koja se kreće po površini bilo je problematičnije: ako pogriješite s vrijednošću brzine za 0,5 km / h, tada će se RMS povećati na 500 m. Stoga je bilo prikladnije okrenuti se satelitu za pomoć u nepomičnom položaju plovila, što opet nije bilo lako. Tranzit niske orbite (1100 km nadmorske visine) usvojila je američka mornarica sredinom 64. godine, kao dio četiri satelita, čime je orbitalna grupa dodatno povećana na sedam vozila, a sa 67 navigacija je postala dostupna običnim smrtnicima. Trenutno se satelitsko sazviježđe Transit koristi za proučavanje ionosfere. Nedostaci prvog svjetskog satelitskog navigacijskog sistema bili su nemogućnost određivanja visine položaja zemaljskog korisnika, značajno trajanje posmatranja i tačnost pozicioniranja objekta, koja je na kraju postala nedovoljna. Sve je to dovelo do novih pretraživanja u američkoj svemirskoj industriji.
Svemirska letelica Timation. Izvor: timeandnavigation.si.edu
Drugi satelitski navigacijski sistem bio je Timation iz Naval Research Laboratory (NRL), koji je vodio Roger Easton. U okviru projekta sastavljena su dva satelita opremljena ultra preciznim satovima za emitiranje vremenskih signala zemaljskim potrošačima i precizno određivanje njihove lokacije.
Eksperimentalni satelit Timation NTS-3, opremljen sa satom od rubidijuma. Izvor: gpsworld.com
U Timation -u je formuliran osnovni princip budućih GPS sistema: odašiljač je radio na satelitu, emitirajući kodirani signal, koji je snimao zemaljskog pretplatnika i mjerio kašnjenje njegovog prolaska. Poznavajući tačnu lokaciju satelita u orbiti, oprema je lako izračunala udaljenost do njega i na osnovu ovih podataka odredila vlastite koordinate (efemeride). Naravno, za to su potrebna najmanje tri satelita, a po mogućnosti četiri. Prvi Timations su u svemir izašli 1967. godine i na početku su nosili kvarcne satove, a kasnije i ultra precizne atomske satove - rubidijum i cezijum.
Zračne snage Sjedinjenih Država djelovale su neovisno o mornarici na svom globalnom sistemu pozicioniranja pod nazivom Air Force 621B. Trodimenzionalnost je postala važna inovacija ove tehnike-sada je moguće odrediti zemljopisnu širinu, dužinu i dugo očekivanu visinu objekta. Satelitski signali su razdvojeni prema novom principu kodiranja zasnovanom na pseudo-slučajnom signalu sličnom šumu. Pseudo-slučajni kod povećava otpornost signala na šum i rješava pitanje ograničavanja pristupa. Civilni korisnici navigacijske opreme imaju pristup samo otvorenom izvornom kodu, koji se u bilo kojem trenutku može izmijeniti iz zemaljskog centra za kontrolu. U ovom slučaju sva "miroljubiva" oprema neće uspjeti, definirajući vlastite koordinate sa značajnom greškom. Kodovi za zaključavanje vojske ostat će nepromijenjeni.
Testovi su počeli 1972. godine na poligonu u Novom Meksiku, koristeći odašiljače na balonima i avionima kao simulatore satelita. "Sistem 612B" pokazao je izuzetnu tačnost pozicioniranja od nekoliko metara i tada je rođen koncept globalnog navigacionog sistema srednje orbite sa 16 satelita. U ovoj verziji, grupa od četiri satelita (ovaj broj je neophodan za preciznu navigaciju) osigurala je 24-satno pokrivanje cijelog kontinenta. Nekoliko godina "System 612B" je bio u eksperimentalnom rangu i nije ga posebno zanimao Pentagon. U isto vrijeme, nekoliko ureda u Sjedinjenim Državama radilo je na "vrućoj" navigacijskoj temi: Laboratorija za primijenjenu fiziku radila je na modifikaciji Transita, mornarica je "dovršavala" Timation, pa su čak i kopnene snage ponudile svoje SECOR (Sekvencijalna korelacija raspona, sekvencijalno izračunavanje raspona). To nije moglo zabrinuti Ministarstvo obrane koje je bilo u opasnosti da se suoči s jedinstvenim formatima navigacije u svakoj vrsti trupa. U određenom trenutku, jedan od američkih ratnika udario je rukom o stol i rodio se GPS koji uključuje sve najbolje od njegovih prethodnika. Sredinom 70 -ih, pod pokroviteljstvom američkog Ministarstva obrane, stvoren je trojni zajednički odbor pod nazivom NAVSEG (Izvršna grupa za navigacijski satelit), koji je odredio važne parametre budućeg sistema - broj satelita, njihovu visinu, signal kodovi i metode modulacije. Kad su došli do cijene, odlučili su odmah stvoriti dvije opcije - vojnu i komercijalnu s unaprijed utvrđenom greškom u preciznosti pozicioniranja. Zračne snage imale su vodeću ulogu u ovom programu, jer je njihovo zrakoplovstvo 621B bilo najsofisticiraniji model budućeg navigacijskog sustava, od kojeg je GPS posudio praktično nepromijenjenu tehnologiju pseudo-slučajne buke. Sistem za sinhronizaciju signala preuzet je iz projekta Timtation, ali je orbita podignuta na 20 hiljada kilometara, što je omogućilo 12-satni orbitalni period umjesto 8-satnog svog prethodnika. Iskusni satelit lansiran je u svemir već 1978. i, kao i obično, unaprijed je pripremljena sva potrebna zemaljska infrastruktura - izmišljeno je samo sedam vrsta prijemne opreme. 1995. GPS je u potpunosti raspoređen - oko 30 satelita je stalno u orbiti, uprkos činjenici da za rad ima dovoljno 24. Orbitalnih aviona za satelite dodijeljeno je šest, sa nagibom od 550… Trenutno vam GPS mjerne aplikacije omogućuju određivanje položaja potrošača s točnošću manjom od jednog milimetra! Od 1996. godine pojavili su se sateliti Block 2R, opremljeni autonomnim navigacijskim sustavom AutoNav, koji omogućava vozilu rad u orbiti kada je zemaljska kontrolna stanica uništena najmanje 180 dana.
Do kasnih 1980 -ih borbena upotreba GPS -a bila je sporadična i beznačajna: određivanje koordinata minskih polja u Perzijskom zaljevu i uklanjanje nedostataka na kartama tijekom invazije na Panamu. Potpuno vatreno krštenje dogodilo se u Perzijskom zaljevu 1990.-1991. Za vrijeme Pustinjske oluje. Trupe su mogle aktivno manevrirati u pustinjskom području, gdje je teško pronaći prihvatljive orijentire, kao i izvoditi topničku vatru s visokom preciznošću u bilo koje doba dana u uvjetima pješčanih oluja. Kasnije se GPS pokazao korisnim u mirovnim operacijama u Somaliji 1993., u iskrcavanju Amerikanaca na Haitiju 1994. i, konačno, u afganistanskim i iračkim kampanjama 21. stoljeća.
