4 ตุลาคม 2500 กลายเป็นแรงจูงใจที่สำคัญสำหรับสหรัฐอเมริกา - หลังจากการเปิดตัวดาวเทียมโลกเทียมดวงแรกในสหภาพโซเวียต วิศวกรชาวอเมริกันตัดสินใจที่จะปรับพื้นที่เพื่อตอบสนองความต้องการการนำทาง (ด้วยลักษณะการปฏิบัติจริงของพวกแยงกี) ที่ Applied Physics Laboratory (APL) ของ Johns Hopkins University ผู้ทำงานร่วมกัน WG Guyer และ J. C. Wiffenbach ศึกษาสัญญาณวิทยุจากโซเวียต Sputnik 1 และดึงความสนใจไปที่การเปลี่ยนแปลงความถี่ Doppler ที่รุนแรงของสัญญาณที่ปล่อยออกมาจากดาวเทียมที่ผ่าน เมื่อลูกคนหัวปีของเราในอวกาศเข้ามาใกล้ ความถี่ของสัญญาณก็เพิ่มขึ้น และสัญญาณวิทยุที่ลดน้อยลงก็ปล่อยสัญญาณวิทยุที่มีความถี่ลดลง นักวิจัยสามารถพัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อกำหนดพารามิเตอร์ของวงโคจรของวัตถุที่ส่งผ่านจากสัญญาณวิทยุในครั้งเดียว โดยธรรมชาติแล้ว หลักการตรงกันข้ามก็เป็นไปได้เช่นกัน - การคำนวณพารามิเตอร์ที่ทราบอยู่แล้วของวงโคจรโดยใช้การเลื่อนความถี่เดียวกันของพิกัดที่ไม่รู้จักของเครื่องรับวิทยุภาคพื้นดิน แนวคิดนี้มาถึงหัวหน้าของพนักงาน APL เอฟ. ที. แมคเคลียร์ และเขาร่วมกับริชาร์ด เคิร์ชเนอร์ ผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการ ได้รวบรวมกลุ่มนักวิจัยเพื่อทำงานในโครงการที่เรียกว่าการขนส่ง
Richard Kershner (ซ้าย) เป็นหนึ่งในบรรพบุรุษผู้ก่อตั้ง American Global Positioning System ที่มา: gpsworld.com
เรือดำน้ำนิวเคลียร์ "จอร์จ วอชิงตัน" เป็นผู้ใช้ระบบขนส่งมวลชนรายแรก ที่มา: zonwar.ru
วงโคจรปฏิบัติการของกลุ่มดาวขนส่ง ที่มา: gpsworld.com
ลูกค้าหลักคือกองทัพเรือสหรัฐฯ ซึ่งต้องการเครื่องมือนำทางที่แม่นยำสำหรับเรือดำน้ำใหม่ที่ติดตั้งขีปนาวุธโพลาริส ความจำเป็นในการกำหนดตำแหน่งของเรือดำน้ำ เช่น "จอร์จ วอชิงตัน" อย่างแม่นยำนั้นมีความจำเป็นอย่างยิ่งต่อความแปลกใหม่ในขณะนั้น - การเปิดตัวขีปนาวุธพร้อมหัวรบนิวเคลียร์จากที่ใดก็ได้ในมหาสมุทร
อุปกรณ์รับส่งสำหรับเรือดำน้ำ ที่มา: timeandnavigation.si.edu
ในปีพ.ศ. 2501 ชาวอเมริกันสามารถนำเสนอต้นแบบการทดลองครั้งแรกของดาวเทียมทรานสิท และเมื่อวันที่ 17 กันยายน พ.ศ. 2502 ก็ได้ถูกส่งไปยังอวกาศ โครงสร้างพื้นฐานภาคพื้นดินก็ถูกสร้างขึ้นเช่นกัน เมื่อถึงเวลาเปิดตัว อุปกรณ์นำทางที่ซับซ้อนของผู้ใช้ ตลอดจนสถานีติดตามภาคพื้นดินก็พร้อมแล้ว
วิศวกรของมหาวิทยาลัยฮอปกินส์กำลังประกอบและทดสอบยานอวกาศขนส่ง ที่มา: timeandnavigation.si.edu
ชาวอเมริกันทำงานในโครงการนำทางด้วยดาวเทียมในโหมด afterburner เต็มรูปแบบ: ในปีพ. ศ. 2502 พวกเขาได้สร้างดาวเทียม Transit มากถึงห้าประเภทซึ่งต่อมาได้เปิดตัวและทดสอบทั้งหมด ในโหมดปฏิบัติการ การนำทางของอเมริกาเริ่มปฏิบัติการในเดือนธันวาคม 2506 นั่นคือภายในเวลาไม่ถึงห้าปี เป็นไปได้ที่จะสร้างระบบที่ใช้งานได้อย่างแม่นยำในช่วงเวลานั้น - ข้อผิดพลาด root-mean-square (RMS) สำหรับวัตถุที่อยู่กับที่ เป็น 60 ม.
ดาวเทียมขนส่งรุ่น 5A 1970 ที่มา: timeandnavigation.si.edu
เครื่องรับขนส่งสินค้าที่ติดตั้งในรถที่ Ted Maxwell นักธรณีวิทยา Smithsonian ใช้อยู่ในทะเลทรายอียิปต์ในปี 1987 ผลงานของนักวิจัยกลายเป็น …
… โซเวียต "Niva"! ที่มา: gpsworld.com [/center]
การกำหนดพิกัดของเรือดำน้ำที่เคลื่อนที่บนพื้นผิวนั้นมีปัญหามากกว่า: หากคุณทำผิดพลาดกับค่าความเร็ว 0.5 กม. / ชม. RMS จะเพิ่มขึ้นเป็น 500 ม. ดังนั้นจึงควรหันไปหาดาวเทียมมากกว่า ช่วยในตำแหน่งที่นิ่งของเรือซึ่งไม่ใช่เรื่องง่ายอีกครั้งระบบขนส่งโคจรต่ำ (ระดับความสูง 1100 กม.) ถูกนำมาใช้โดยกองทัพเรือสหรัฐฯ ในช่วงกลางของ 64 โดยเป็นส่วนหนึ่งของดาวเทียมสี่ดวง เพิ่มการจัดกลุ่มการโคจรเป็นเจ็ดคัน และจาก 67 การนำทางก็กลายเป็นเพียงมนุษย์ปุถุชน ในขณะนี้ กลุ่มดาวดาวเทียมทรานสิตถูกใช้เพื่อศึกษาชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ ข้อเสียของระบบนำทางด้วยดาวเทียมระบบแรกของโลกคือไม่สามารถกำหนดความสูงของตำแหน่งผู้ใช้ภาคพื้นดิน ระยะเวลาในการสังเกตนานพอสมควร และความแม่นยำของตำแหน่งของวัตถุ ซึ่งในที่สุดก็ไม่เพียงพอ ทั้งหมดนี้นำไปสู่การค้นหาใหม่ในอุตสาหกรรมอวกาศของสหรัฐฯ
เวลายานอวกาศ. ที่มา: timeandnavigation.si.edu
ระบบนำทางด้วยดาวเทียมที่สองคือ Timation จาก Naval Research Laboratory (NRL) ซึ่งดำเนินการโดย Roger Easton ภายในกรอบของโครงการนี้ ดาวเทียมสองดวงถูกประกอบขึ้นพร้อมกับนาฬิกาที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษสำหรับการออกอากาศสัญญาณเวลาไปยังผู้บริโภคภาคพื้นดินและระบุตำแหน่งของตนเองได้อย่างแม่นยำ
ดาวเทียมทดลอง Timation NTS-3 พร้อมนาฬิการูบิเดียม ที่มา: gpsworld.com
ที่ Timation ได้มีการกำหนดหลักการพื้นฐานของระบบ GPS ในอนาคต: เครื่องส่งสัญญาณกำลังทำงานบนดาวเทียมโดยส่งสัญญาณที่เป็นรหัสซึ่งบันทึกสมาชิกภาคพื้นดินและวัดความล่าช้าของเส้นทาง เมื่อทราบตำแหน่งที่แน่นอนของดาวเทียมในวงโคจร อุปกรณ์จึงคำนวณระยะห่างจากดาวเทียมได้อย่างง่ายดาย และกำหนดพิกัดของมันเอง (ephemeris) ตามข้อมูลเหล่านี้ แน่นอนว่าต้องใช้ดาวเทียมอย่างน้อยสามดวง และควรให้มีสี่ดวง Timations แรกเข้าสู่อวกาศในปี 1967 และถือนาฬิกาควอทซ์ในตอนเริ่มต้น และต่อมานาฬิกาอะตอมที่มีความแม่นยำเป็นพิเศษ - รูบิเดียมและซีเซียม
กองทัพอากาศสหรัฐฯ ดำเนินการอย่างเป็นอิสระจากกองทัพเรือโดยใช้ระบบระบุตำแหน่งทั่วโลกของตนเองที่เรียกว่า Air Force 621B สามมิติได้กลายเป็นนวัตกรรมที่สำคัญของเทคนิคนี้ - ตอนนี้สามารถกำหนดละติจูด ลองจิจูด และความสูงของวัตถุที่รอคอยมานาน สัญญาณดาวเทียมถูกแยกออกตามหลักการเข้ารหัสแบบใหม่โดยอิงจากสัญญาณที่คล้ายกับสัญญาณรบกวนแบบสุ่มหลอก รหัสสุ่มเทียมช่วยเพิ่มภูมิคุ้มกันของสัญญาณรบกวนและแก้ปัญหาการจำกัดการเข้าถึง ผู้ใช้อุปกรณ์นำทางพลเรือนสามารถเข้าถึงรหัสโอเพ่นซอร์สเท่านั้น ซึ่งสามารถแก้ไขได้จากศูนย์ควบคุมภาคพื้นดินเมื่อใดก็ได้ ในกรณีนี้ อุปกรณ์ที่ "สงบ" ทั้งหมดจะล้มเหลว โดยกำหนดพิกัดของตัวเองพร้อมข้อผิดพลาดที่สำคัญ รหัสล็อคทางทหารจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
การทดสอบเริ่มขึ้นในปี 1972 ที่ไซต์ทดสอบในนิวเม็กซิโก โดยใช้เครื่องส่งสัญญาณบนบอลลูนและเครื่องบินเป็นเครื่องจำลองดาวเทียม "ระบบ 612B" แสดงความแม่นยำของตำแหน่งที่โดดเด่นหลายเมตร และในขณะนั้นเองที่แนวคิดของระบบนำทางระดับโลกที่มีวงโคจรปานกลางพร้อมดาวเทียม 16 ดวงถือกำเนิดขึ้น ในรุ่นนี้ กลุ่มดาวเทียมสี่ดวง (หมายเลขนี้จำเป็นสำหรับการนำทางที่แม่นยำ) ให้ความคุ้มครองตลอด 24 ชั่วโมงทั่วทั้งทวีป สองสามปีที่ผ่านมา "ระบบ 612B" อยู่ในอันดับทดลองและไม่ได้สนใจเพนตากอนเป็นพิเศษ ในเวลาเดียวกัน สำนักงานหลายแห่งในสหรัฐอเมริกากำลังทำงานในหัวข้อการนำทางที่ "ร้อนแรง": Applied Physics Laboratory กำลังทำงานเกี่ยวกับการปรับเปลี่ยนการขนส่ง กองทัพเรือ "เสร็จสิ้น" Timation และแม้แต่กองกำลังภาคพื้นดินก็เสนอของตัวเอง SECOR (ความสัมพันธ์ตามลำดับของช่วง การคำนวณช่วงตามลำดับ) สิ่งนี้ไม่สามารถทำให้กระทรวงกลาโหมกังวลซึ่งมีความเสี่ยงที่จะเผชิญกับรูปแบบการนำทางที่ไม่เหมือนใครในกองทหารแต่ละประเภท ในช่วงเวลาหนึ่ง นักรบอเมริกันคนหนึ่งกระแทกมือของเขาลงบนโต๊ะ และเกิด GPS ขึ้น ซึ่งรวมเอาสิ่งที่ดีที่สุดของรุ่นก่อนๆ เข้าไว้ด้วยกัน ในช่วงกลางทศวรรษที่ 70 ภายใต้การอุปถัมภ์ของกระทรวงกลาโหมสหรัฐได้มีการจัดตั้งคณะกรรมการร่วมไตรภาคีที่เรียกว่า NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group) ซึ่งกำหนดพารามิเตอร์ที่สำคัญของระบบในอนาคต - จำนวนดาวเทียมความสูงสัญญาณ รหัสและวิธีการมอดูเลตเมื่อพิจารณาถึงต้นทุนแล้ว พวกเขาตัดสินใจสร้างสองทางเลือกทันที - ทางการทหารและเชิงพาณิชย์โดยมีข้อผิดพลาดที่กำหนดไว้ล่วงหน้าในด้านความแม่นยำของตำแหน่ง กองทัพอากาศมีบทบาทสำคัญในโครงการนี้ เนื่องจากกองทัพอากาศ 621B เป็นแบบจำลองที่ซับซ้อนที่สุดของระบบนำทางในอนาคต ซึ่ง GPS ยืมเทคโนโลยีเสียงสุ่มหลอกที่แทบไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติ ระบบซิงโครไนซ์สัญญาณถูกนำมาจากโครงการ Timtation แต่วงโคจรเพิ่มขึ้นเป็น 20,000 กิโลเมตร ซึ่งให้ระยะเวลาการโคจร 12 ชั่วโมงแทนที่จะเป็น 8 ชั่วโมงของรุ่นก่อน ดาวเทียมที่มีประสบการณ์ได้เปิดตัวสู่อวกาศแล้วในปี 1978 และตามปกติโครงสร้างพื้นฐานภาคพื้นดินที่จำเป็นทั้งหมดได้รับการจัดเตรียมไว้ล่วงหน้า - อุปกรณ์รับเพียงเจ็ดประเภทเท่านั้นที่ถูกประดิษฐ์ขึ้น ในปี 1995 GPS ถูกนำไปใช้อย่างเต็มรูปแบบ - ดาวเทียมประมาณ 30 ดวงอยู่ในวงโคจรอย่างต่อเนื่องแม้ว่าจะมี 24 เพียงพอสำหรับการทำงานก็ตาม เครื่องบินโคจรสำหรับดาวเทียมได้รับการจัดสรรหกดวงโดยมีความเอียง 550… ในขณะนี้ แอปพลิเคชั่นสำรวจด้วย GPS ช่วยให้คุณกำหนดตำแหน่งของผู้บริโภคได้อย่างแม่นยำน้อยกว่าหนึ่งมิลลิเมตร! ตั้งแต่ปี 1996 ดาวเทียม Block 2R ได้ปรากฏขึ้นพร้อมกับระบบนำทางอัตโนมัติ AutoNav ซึ่งช่วยให้ยานพาหนะทำงานในวงโคจรเมื่อสถานีควบคุมภาคพื้นดินถูกทำลายเป็นเวลาอย่างน้อย 180 วัน
จนถึงช่วงปลายทศวรรษ 1980 การใช้ GPS ต่อสู้เป็นระยะๆ และไม่มีนัยสำคัญ: การกำหนดพิกัดของเขตทุ่นระเบิดในอ่าวเปอร์เซียและขจัดความไม่สมบูรณ์ในแผนที่ระหว่างการรุกรานปานามา การบัพติศมาด้วยไฟอย่างเต็มเปี่ยมเกิดขึ้นในอ่าวเปอร์เซียในปี 2533-2534 ระหว่างพายุทะเลทราย กองทหารสามารถเคลื่อนพลอย่างแข็งขันในพื้นที่ทะเลทรายซึ่งยากต่อการค้นหาจุดสังเกตที่ยอมรับได้ เช่นเดียวกับการยิงปืนใหญ่ด้วยความแม่นยำสูงทุกเวลาของวันในสภาพของพายุทราย ต่อมา GPS พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ในการปฏิบัติการรักษาสันติภาพในโซมาเลียในปี 1993 ในการลงจอดของอเมริกาในเฮติในปี 1994 และสุดท้ายในแคมเปญอัฟกานิสถานและอิรักของศตวรรษที่ 21
