История создания

Идея создания спутниковой навигации возникла ещё в 50-е годы. В тот момент, когда СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, американские учёные во главе с Ричардом Кершнером, наблюдали сигнал, исходящий от советского спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если точно знать свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение и скорость спутника, и наоборот, точно зная местонахождение спутника, можно определить собственную скорость и координаты.

В 1960 г. были созданы атомные часы. Благодаря этому стало возможным использовать для целей навигации сеть точно синхронизированных передатчиков, передающих кодированные сигналы. Измерение приемником соответствующих временных задержек позволяло рассчитать координаты приемника.

В интересах навигационного обеспечения пуска с подводных лодок баллистических ракет Polaris в 1964 г. была разработана спутниковая радионавигационная система первого поколения Transit. Для коммерческого использования эта система была предоставлена в 1967 г. Ее достоинства и открывающиеся перед пользователями возможности были быстро оценены, и число гражданских потребителей вскоре существенно превысило число военных. Координаты потребителя рассчитывались на основе приема и выделения доплеровского сдвига частоты передатчика одного из 6–7 космических аппаратов (КА). Система позволяла получить достаточно высокую точность определения координат лишь для медленно движущихся и стационарных объектов.[1]

Кроме того, в 1964 г. ВВС США начали программу разработки и испытаний возможностей использования для целей место определения широкополосных сигналов, модулированных псевдослучайными шумовыми (PRN) кодами. Свойство корреляционного разделения таких сигналов обусловило возможность использования несколькими передатчиками одной несущей частоты. В 1973 г. программы ВВС и ВМС США были объединены в общую Навигационную технологическую программу, позднее превратившуюся в программу Navstar-GPS. Спутники системы Navstar стали оборудовать стандартами частоты с наибольшей достижимой степенью точности — сначала кварцевым и рубидиевым, затем цезиевым и водородным стандартами. В ходе экспериментов были подобраны оптимальные высоты орбит спутников. В результате высота увеличилась с 925 до 13 тыс. км, а затем — до 20 тыс. км. Изменилась также несущая частота передатчиков: с 400 МГц до 1227 МГц и 1575 МГц. Датой рождения технологии, без которой сегодня уже тяжело представить современный мир, считается февраль 1978 года - дата, когда был выведен на орбиту первый спутник положивший начало тому, что сейчас называется GPS. К 1995 г. система была полностью развернута В настоящее время она насчитывает 24 рабочих спутника и 4 спутника в резерве, расположенных на шести круговых орбитах высотой примерно 20 тыс. км, наклонением 55° и равномерно разнесенных по долготе через 60°.