Ngày 4 tháng 10 năm 1957 trở thành một động lực quan trọng đối với Hoa Kỳ - sau khi phóng vệ tinh Trái đất nhân tạo đầu tiên ở Liên Xô, các kỹ sư Hoa Kỳ quyết định điều chỉnh không gian để đáp ứng nhu cầu điều hướng (với đặc tính thực tế của tàu Yankees). Tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng (APL) của Đại học Johns Hopkins, các cộng tác viên WG Guyer và J. C. Wiffenbach đã nghiên cứu tín hiệu vô tuyến từ chiếc Sputnik 1 của Liên Xô và thu hút sự chú ý đến sự dịch chuyển tần số Doppler mạnh mẽ của tín hiệu do một vệ tinh đi qua phát ra. Khi đứa con đầu lòng của chúng ta trong không gian đến gần, tần số của tín hiệu tăng lên và đứa con đang lùi dần phát ra tín hiệu vô tuyến có tần số giảm dần. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng phát triển một chương trình máy tính để xác định các thông số về quỹ đạo của một vật thể đi qua từ tín hiệu vô tuyến của nó trong một lần đi qua. Đương nhiên, nguyên tắc ngược lại cũng có thể xảy ra - tính toán các tham số đã biết của quỹ đạo bằng cách sử dụng cùng một sự dịch tần số của các tọa độ chưa biết của máy thu vô tuyến mặt đất. Ý tưởng này đến với người đứng đầu của APL là F. T. McClure và anh cùng với giám đốc phòng thí nghiệm, Richard Kershner, đã tập hợp một nhóm các nhà nghiên cứu để thực hiện một dự án có tên là Transit.
Richard Kershner (trái) là một trong những cha đẻ sáng lập Hệ thống Định vị Toàn cầu của Mỹ. Nguồn: gpsworld.com
Tàu ngầm hạt nhân "George Washington" là người sử dụng hệ thống Transit đầu tiên. Nguồn: zonwar.ru
Quỹ đạo hoạt động của chòm sao Transit. Nguồn: gpsworld.com
Khách hàng chính là Hải quân Hoa Kỳ, vốn cần các công cụ dẫn đường chính xác cho các tàu ngầm mới được trang bị tên lửa Polaris. Nhu cầu xác định chính xác vị trí của các tàu ngầm như "George Washington" là vô cùng cần thiết đối với sự mới mẻ lúc bấy giờ - việc phóng tên lửa mang đầu đạn hạt nhân từ bất kỳ đâu trên đại dương.
Thiết bị tiếp nhận quá cảnh cho tàu ngầm. Nguồn: timeandnavigation.si.edu
Đến năm 1958, người Mỹ đã có thể giới thiệu nguyên mẫu thử nghiệm đầu tiên của vệ tinh Transit, và vào ngày 17 tháng 9 năm 1959, nó đã được đưa vào vũ trụ. Cơ sở hạ tầng mặt đất cũng đã được tạo ra - vào thời điểm ra mắt, tổ hợp thiết bị định vị của người dùng, cũng như các trạm theo dõi mặt đất đã sẵn sàng.
Các kỹ sư Đại học Hopkins lắp ráp và thử nghiệm tàu vũ trụ Transit. Nguồn: timeandnavigation.si.edu
Người Mỹ đã làm việc trong một dự án định vị vệ tinh ở chế độ đốt cháy hoàn toàn: vào năm 1959, họ đã chế tạo tới 5 loại vệ tinh Transit, sau đó tất cả đều được phóng và thử nghiệm. Ở chế độ vận hành, điều hướng của Mỹ bắt đầu hoạt động vào tháng 12 năm 1963, tức là trong vòng chưa đầy 5 năm, người ta đã có thể tạo ra một hệ thống khả thi với độ chính xác tốt theo thời gian của nó - sai số trung bình bình phương (RMS) cho một đối tượng đứng yên. là 60 m.
Satellite Transit 5A kiểu 1970. Nguồn: timeandnavigation.si.edu
Một bộ thu Transit được nhà địa chất học Smithsonian Ted Maxwell sử dụng trên sa mạc Ai Cập vào năm 1987. Con ngựa của nhà nghiên cứu hóa ra là …
… "Niva" của Liên Xô! Nguồn: gpsworld.com [/center]
Việc xác định tọa độ của một tàu ngầm di chuyển trên bề mặt là một vấn đề khó khăn hơn: nếu bạn mắc sai lầm với giá trị tốc độ 0,5 km / h, thì RMS sẽ tăng lên 500 m. giúp đỡ ở vị trí cố định của tàu, một lần nữa không dễ dàng. Transit quỹ đạo thấp (độ cao 1100 km) đã được Hải quân Hoa Kỳ áp dụng vào giữa năm 64, như một phần của bốn vệ tinh, tăng thêm nhóm quỹ đạo lên bảy phương tiện, và từ 67, khả năng điều hướng chỉ dành cho người thường. Hiện tại, chòm sao vệ tinh Transit được sử dụng để nghiên cứu tầng điện ly. Nhược điểm của hệ thống định vị vệ tinh đầu tiên trên thế giới là không thể xác định độ cao của vị trí của người sử dụng mặt đất, thời gian quan sát đáng kể và độ chính xác của việc định vị đối tượng, cuối cùng trở nên không đủ. Tất cả điều này đã dẫn đến những tìm kiếm mới trong ngành công nghiệp vũ trụ Hoa Kỳ.
Thời gian tàu vũ trụ. Nguồn: timeandnavigation.si.edu
Hệ thống định vị vệ tinh thứ hai là Timation của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân (NRL), do Roger Easton điều hành. Trong khuôn khổ dự án, hai vệ tinh đã được lắp ráp, trang bị đồng hồ siêu chính xác để phát tín hiệu thời gian cho người tiêu dùng trên cạn và xác định chính xác vị trí của chính chúng.
Vệ tinh thử nghiệm Timation NTS-3, được trang bị đồng hồ rubidi. Nguồn: gpsworld.com
Tại Timation, nguyên tắc cơ bản của các hệ thống GPS trong tương lai đã được hình thành: một máy phát đang hoạt động trên vệ tinh, phát ra một tín hiệu mã hóa, tín hiệu này ghi lại thuê bao mặt đất và đo độ trễ trên đường đi của nó. Biết được vị trí chính xác của vệ tinh trên quỹ đạo, thiết bị dễ dàng tính toán khoảng cách đến nó và dựa trên những dữ liệu này, xác định tọa độ của chính nó (con thiêu thân). Tất nhiên, điều này cần ít nhất ba vệ tinh, và tốt nhất là bốn. Thời gian đầu tiên đi vào không gian vào năm 1967 và mang theo đồng hồ thạch anh vào thời kỳ đầu, và sau đó là đồng hồ nguyên tử siêu chính xác - rubidi và xêzi.
Không quân Hoa Kỳ hoạt động độc lập với Hải quân trên hệ thống định vị toàn cầu của riêng họ được gọi là Lực lượng Không quân 621B. Tính ba chiều đã trở thành một sự đổi mới quan trọng của kỹ thuật này - giờ đây người ta có thể xác định được vĩ độ, kinh độ và độ cao được mong đợi từ lâu của một vật thể. Các tín hiệu vệ tinh được tách ra theo một nguyên tắc mã hóa mới dựa trên một tín hiệu giống tiếng ồn giả ngẫu nhiên. Mã giả ngẫu nhiên làm tăng khả năng chống nhiễu của tín hiệu và giải quyết vấn đề hạn chế quyền truy cập. Người sử dụng thiết bị định vị dân dụng chỉ có quyền truy cập vào mã nguồn mở, có thể được sửa đổi từ trung tâm điều khiển mặt đất bất cứ lúc nào. Trong trường hợp này, tất cả các thiết bị "hòa bình" sẽ bị lỗi, xác định tọa độ của chính nó với một sai số đáng kể. Mã khóa quân sự sẽ không thay đổi.
Các cuộc thử nghiệm bắt đầu vào năm 1972 tại một địa điểm thử nghiệm ở New Mexico, sử dụng thiết bị truyền tín hiệu trên khinh khí cầu và máy bay để mô phỏng các vệ tinh. "Hệ thống 612B" cho thấy độ chính xác định vị vượt trội đến vài mét và đó là thời điểm ra đời khái niệm hệ thống định vị toàn cầu quỹ đạo trung bình với 16 vệ tinh. Trong phiên bản này, một cụm 4 vệ tinh (con số này cần thiết để điều hướng chính xác) đã cung cấp phạm vi phủ sóng 24 giờ của toàn bộ lục địa. Trong một vài năm, "Hệ thống 612B" nằm trong hạng thử nghiệm và không được Lầu Năm Góc đặc biệt quan tâm. Cùng lúc đó, một số văn phòng ở Hoa Kỳ đang làm việc về một chủ đề điều hướng "nóng": Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng đang tiến hành sửa đổi Quá cảnh, Hải quân đang "hoàn thiện" Thời gian, và thậm chí cả lực lượng mặt đất cũng đưa ra đề xuất của riêng họ. SECOR (Tương quan tuần tự của phạm vi, tính toán tuần tự của phạm vi). Điều này không thể làm Bộ Quốc phòng lo lắng, vốn có nguy cơ phải đối mặt với các định dạng điều hướng độc đáo trong từng loại quân. Vào một khoảnh khắc nhất định, một trong những chiến binh Mỹ đập tay xuống bàn và GPS ra đời, tích hợp tất cả những gì tốt nhất của những người tiền nhiệm của nó. Vào giữa những năm 70, dưới sự bảo trợ của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, một ủy ban hỗn hợp ba bên gọi là NAVSEG (Nhóm điều hành vệ tinh điều hướng) đã được thành lập, xác định các thông số quan trọng của hệ thống tương lai - số lượng vệ tinh, độ cao của chúng, tín hiệu. mã và phương pháp điều chế. Khi họ đi đến con số chi phí, họ quyết định tạo ra ngay lập tức hai lựa chọn - quân sự và thương mại với sai số xác định trước về độ chính xác định vị. Lực lượng Không quân đóng vai trò dẫn đầu trong chương trình này, vì Lực lượng Không quân 621B của họ là mẫu hệ thống định vị phức tạp nhất trong tương lai, từ đó GPS đã vay mượn công nghệ nhiễu giả ngẫu nhiên thực tế không thay đổi. Hệ thống đồng bộ hóa tín hiệu được lấy từ dự án Timtation, nhưng quỹ đạo đã được nâng lên 20 nghìn km, cung cấp chu kỳ quỹ đạo 12 giờ thay vì 8 giờ của người tiền nhiệm. Một vệ tinh có kinh nghiệm đã được phóng vào không gian vào năm 1978 và như thường lệ, tất cả các cơ sở hạ tầng mặt đất cần thiết đã được chuẩn bị trước - chỉ có bảy loại thiết bị tiếp nhận được phát minh. Năm 1995, GPS đã được triển khai đầy đủ - khoảng 30 vệ tinh liên tục trên quỹ đạo, mặc dù thực tế là để hoạt động có đủ 24. Mặt phẳng quỹ đạo cho vệ tinh được phân bổ sáu, với độ nghiêng là 550… Hiện tại, các ứng dụng khảo sát GPS cho phép bạn xác định vị trí của người tiêu dùng với độ chính xác dưới 1 mm! Từ năm 1996, vệ tinh Block 2R đã xuất hiện, được trang bị hệ thống dẫn đường tự hành AutoNav, cho phép phương tiện hoạt động trên quỹ đạo khi trạm điều khiển mặt đất bị phá hủy trong ít nhất 180 ngày.
Cho đến cuối những năm 1980, việc sử dụng GPS trong chiến đấu còn rời rạc và không đáng kể: xác định tọa độ của các bãi mìn ở Vịnh Ba Tư và loại bỏ các điểm không hoàn hảo trên bản đồ trong cuộc xâm lược Panama. Một đám cháy chính thức đã xảy ra ở Vịnh Ba Tư vào năm 1990-1991 trong Bão táp sa mạc. Các binh sĩ có thể chủ động cơ động trong một vùng sa mạc, nơi khó tìm được các cột mốc chấp nhận được, cũng như tiến hành bắn pháo với độ chính xác cao vào bất kỳ thời điểm nào trong ngày trong điều kiện bão cát. Sau đó, GPS tỏ ra hữu ích trong hoạt động gìn giữ hòa bình ở Somalia vào năm 1993, trong cuộc đổ bộ của Mỹ ở Haiti vào năm 1994, và cuối cùng là trong các chiến dịch Afghanistan và Iraq của thế kỷ 21.
