4. listopada 1957. postao je važan poticaj za Sjedinjene Države - nakon lansiranja prvog umjetnog Zemljinog satelita u SSSR -u, američki inženjeri odlučili su prilagoditi prostor kako bi ispunili navigacijske potrebe (s praktičnošću karakterističnom za Yankees). U Laboratoriju za primijenjenu fiziku (APL) Sveučilišta Johns Hopkins, suradnici WG Guyer i J. C. Wiffenbach proučavali su radijski signal sa sovjetskog Sputnjika 1 i skrenuli pozornost na snažan Doppler -ov pomak frekvencije signala koji emitira satelit u prolazu. Kad se naš prvorođenče u svemiru približilo, učestalost signala se povećala, a onaj koji se povlačio emitirao je radio signale sve niže frekvencije. Znanstvenici su uspjeli razviti računalni program za određivanje parametara orbite objekta u prolazu iz njegovog radio signala u jednom prolazu. Naravno, moguće je i suprotno načelo - izračun već poznatih parametara orbite koristeći isti pomak frekvencije nepoznatih koordinata zemaljskog radijskog prijemnika. Ova je ideja došla na čelo zaposlenika APL -a F. T. McClurea i on je zajedno s direktorom laboratorija Richardom Kershnerom okupio skupinu istraživača za rad na projektu pod nazivom Transit.
Richard Kershner (lijevo) jedan je od osnivača američkog globalnog sustava pozicioniranja. Izvor: gpsworld.com
Nuklearna podmornica "George Washington" prvi je korisnik sustava Transit. Izvor: zonwar.ru
Operativne orbite tranzitne konstelacije. Izvor: gpsworld.com
Glavni kupac bila je američka mornarica koja je trebala precizne navigacijske alate za nove podmornice opremljene raketama Polaris. Potreba da se točno odredi mjesto podmornica poput "George Washington" bila je iznimno neophodna za tadašnju novost - 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. rujna 1959. poslan je u svemir. Također je stvorena i zemaljska infrastruktura - do trenutka lansiranja kompleks korisničke navigacijske opreme, kao i zemaljske stanice za praćenje bili su spremni.
Inženjeri Sveučilišta Hopkins sastavljaju i testiraju letjelicu Transit. Izvor: timeandnavigation.si.edu
Amerikanci su radili na projektu satelitske navigacije u punom načinu rada sa sagorijevanjem: 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, to jest za manje od pet godina bilo je moguće stvoriti izvediv sustav s dobrom točnošću za svoje vrijeme-korijenom srednje pogreške (RMS) za nepomični objekt bio 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 obratiti 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 skupina 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 sustava bili su nemogućnost određivanja visine položaja zemaljskog korisnika, znatno trajanje promatranja i točnost pozicioniranja objekta, što je na kraju postalo nedovoljno. Sve je to dovelo do novih pretraživanja u američkoj svemirskoj industriji.
Vremenska letjelica. Izvor: timeandnavigation.si.edu
Drugi satelitski navigacijski sustav bio je Timation iz Naval Research Laboratory (NRL), koji je vodio Roger Easton. U okviru projekta sastavljena su dva satelita opremljena ultrapreciznim satovima za emitiranje vremenskih signala zemaljskim potrošačima i točno određivanje njihove vlastite lokacije.
Eksperimentalni satelit Timation NTS-3, opremljen rubidijevim satom. Izvor: gpsworld.com
U Timationu je formulirano osnovno načelo budućih GPS sustava: odašiljač je radio na satelitu, emitirajući kodirani signal, koji je snimao zemaljskog pretplatnika i mjerio kašnjenje njegova prolaska. Poznavajući točno mjesto satelita u orbiti, oprema je lako izračunala udaljenost do njega i na temelju tih podataka odredila vlastite koordinate (efemeride). Naravno, za to su potrebna najmanje tri satelita, a po mogućnosti četiri. Prvi Timations su u svemir krenuli 1967. godine i na početku su nosili kvarcne satove, a kasnije i ultra precizne atomske satove - rubidij i cezij.
Zračne snage Sjedinjenih Država djelovale su neovisno o mornarici na svom globalnom sustavu 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 odvojeni su prema novom principu kodiranja koji se temelji na pseudo-slučajnom signalu sličnom šumu. Pseudo-slučajni kôd 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 upravljanje. U tom će slučaju sva "miroljubiva" oprema otkazati, definirajući vlastite koordinate sa značajnom pogreškom. Kodovi za zaključavanje vojske ostat će nepromijenjeni.
Testovi su započeli 1972. godine na poligonu u Novom Meksiku, koristeći odašiljače na balonima i avionima kao simulatore satelita. "Sustav 612B" pokazao je izuzetnu točnost pozicioniranja od nekoliko metara i tada je rođen koncept globalnog navigacijskog sustava sa srednjom orbitom sa 16 satelita. U ovoj verziji, skupina od četiri satelita (ovaj broj je neophodan za točnu navigaciju) osigurala je 24-satno pokrivanje cijelog kontinenta. Nekoliko godina "System 612B" bio je u eksperimentalnom rangu i nije ga posebno zanimao Pentagon. Istodobno, nekoliko ureda u Sjedinjenim Državama radilo je na "vrućoj" navigacijskoj temi: Laboratorij za primijenjenu fiziku radio je na modifikaciji Transita, mornarica je "dovršavala" Timation, pa su čak i kopnene snage ponudile svoje SECOR (Sekvencijalna korelacija raspona, sekvencijalni izračun raspona). To nije moglo zabrinuti Ministarstvo obrane koje je bilo u opasnosti suočiti se s jedinstvenim formatima navigacije u svakoj vrsti postrojbi. 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 Ministarstva obrane SAD -a, stvoren je trojni zajednički odbor pod nazivom NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group), koji je odredio važne parametre budućeg sustava - broj satelita, njihovu visinu, signal kodovi i metode modulacije. Kad su došli do cijene, odlučili su odmah stvoriti dvije mogućnosti - vojnu i komercijalnu s unaprijed određenom pogreškom u točnosti pozicioniranja. Zračne snage imale su vodeću ulogu u ovom programu, jer su njihove zračne snage 621B bile najsofisticiraniji model budućeg navigacijskog sustava, od kojeg je GPS posudio praktički nepromijenjenu tehnologiju pseudo-slučajne buke. Sustav za sinkronizaciju signala preuzet je iz projekta Timtation, ali je orbita podignuta na 20 tisuća kilometara, što je osiguralo 12-satno orbitalno razdoblje umjesto 8-satnog prethodnika. Iskusni satelit lansiran je u svemir već 1978. i, kao i obično, unaprijed je pripremljena sva potrebna zemaljska infrastruktura - izumljeno je samo sedam vrsta prijemne opreme. Godine 1995. GPS je u potpunosti raspoređen - oko 30 satelita stalno je u orbiti, unatoč činjenici da za rad ima dovoljno 24. Orbitalnih zrakoplova za satelite dodijeljeno je šest, s nagibom od 550… U ovom trenutku, aplikacije GPS mjerenja omogućuju vam da odredite položaj potrošača s točnošću manjom od jednog milimetra! Od 1996. godine pojavili su se sateliti Block 2R, opremljeni autonomnim navigacijskim sustavom AutoNav, koji omogućuje rad vozila 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 topničkom vatrom s velikom točnošću u bilo koje doba dana u uvjetima pješčanih oluja. Kasnije se GPS pokazao korisnim u mirovnim operacijama u Somaliji 1993., u američkom iskrcavanju na Haitiju 1994. te, konačno, u afganistanskim i iračkim kampanjama 21. stoljeća.
