4. oktober 1957 je postal pomembna spodbuda za ZDA - po izstrelitvi prvega umetnega zemeljskega satelita v ZSSR so se ameriški inženirji odločili prilagoditi vesolje za potrebe navigacije (s praktičnostjo, značilno za Yankees). V Laboratoriju za uporabno fiziko (APL) Univerze Johns Hopkins sta sodelavca WG Guyer in J. C. Wiffenbach preučevala radijski signal iz sovjetskega Sputnika 1 in opozorila na močan Dopplerjev frekvenčni premik signala, ki ga oddaja mimoidoči satelit. Ko se je približal naš prvorojenec v vesolju, se je frekvenca signala povečala, padajoči pa je oddajal radijske signale padajoče frekvence. Raziskovalcem je uspelo razviti računalniški program za določitev parametrov orbite mimoidočega predmeta iz njegovega radijskega signala v enem prehodu. Seveda je možno tudi nasprotno načelo - izračun že znanih parametrov orbite z uporabo istega frekvenčnega premika neznanih koordinat zemeljskega radijskega sprejemnika. Ta ideja je prišla do vodje zaposlenega v APL F. T. McClureja in skupaj z direktorjem laboratorija Richardom Kershnerjem združil skupino raziskovalcev za delo na projektu Transit.
Richard Kershner (levo) je eden od ustanoviteljev ameriškega globalnega sistema pozicioniranja. Vir: gpsworld.com
Jedrska podmornica "George Washington" je prvi uporabnik sistema Transit. Vir: zonwar.ru
Operacijske orbite tranzitnega ozvezdja. Vir: gpsworld.com
Glavna stranka je bila ameriška mornarica, ki je potrebovala natančna navigacijska orodja za nove podmornice, opremljene z raketami Polaris. Potreba po natančni določitvi lokacije podmornic, kot je "George Washington", je bila izjemno nujna za takratno novost - izstrelitev raket z jedrskimi bojnimi glavami od koder koli v oceanih.
Tranzitna sprejemna oprema za podmornice. Vir: timeandnavigation.si.edu
Do leta 1958 so Američani lahko predstavili prvi poskusni prototip satelita Transit, 17. septembra 1959 pa so ga poslali v vesolje. Nastala je tudi zemeljska infrastruktura - do izstrelitve je bil kompleks uporabnikove navigacijske opreme, pa tudi zemeljske sledilne postaje pripravljen.
Inženirji univerze Hopkins sestavljajo in testirajo vesoljsko plovilo Transit. Vir: timeandnavigation.si.edu
Američani so delali na projektu satelitske navigacije v polnem načinu zgorevanja: do leta 1959 so izdelali kar pet tipov tranzitnih satelitov, ki so bili kasneje vsi izstreljeni in preizkušeni. V načinu delovanja je ameriška navigacija začela delovati decembra 1963, torej v manj kot petih letih je bilo mogoče ustvariti delujoč sistem z dobro natančnostjo za svoj čas-povprečno-kvadratna napaka (RMS) za stacionarni objekt je bila 60 m.
Satelitski tranzit 5A 1970 model. Vir: timeandnavigation.si.edu
Transit sprejemnik, nameščen v avtomobilu, ki ga je leta 1987 v egiptovski puščavi uporabil Smithsonian geolog Ted Maxwell. Delovni konj raziskovalca se je izkazal za …
… sovjetska "Niva"! Vir: gpsworld.com [/center]
Določanje koordinat podmornice, ki se giblje po površini, je bilo bolj problematično: če naredite napako z vrednostjo hitrosti za 0,5 km / h, se bo RMS povečal na 500 m. Zato je bilo bolj primerno obrniti se na satelit za pomoč pri mirujočem položaju plovila, kar spet ni bilo lahko. Tranzit z nizko orbito (1100 km nadmorske višine) je ameriška mornarica sprejela sredi leta 64 kot del štirih satelitov, s čimer se je orbitalna skupina še povečala na sedem vozil, od 67 pa je navigacija postala na voljo zgolj smrtnikom. Trenutno se za preučevanje ionosfere uporablja satelitsko ozvezdje Transit. Slabosti prvega satelitskega navigacijskega sistema na svetu so bile nezmožnost določanja višine položaja zemeljskega uporabnika, precejšnje trajanje opazovanja in natančnost postavitve predmeta, ki je sčasoma postala nezadostna. Vse to je privedlo do novih iskanj v vesoljski industriji ZDA.
Časovno vesoljsko plovilo. Vir: timeandnavigation.si.edu
Drugi satelitski navigacijski sistem je bil Timation iz Naval Research Laboratory (NRL), ki ga je vodil Roger Easton. V okviru projekta sta bila sestavljena dva satelita, opremljena z ultra natančnimi urami za oddajanje časovnih signalov prizemnim porabnikom in natančno določanje njihove lastne lokacije.
Poskusni satelit Timation NTS-3, opremljen z rubidijevo uro. Vir: gpsworld.com
Pri Timationu je bilo oblikovano osnovno načelo prihodnjih sistemov GPS: oddajnik je deloval na satelitu in oddajal kodiran signal, ki je snemal zemeljskega naročnika in meril zamudo pri njegovem prehodu. Poznavanje natančne lokacije satelita v orbiti je oprema zlahka izračunala razdaljo do njega in na podlagi teh podatkov določila lastne koordinate (efemeride). Seveda so za to potrebni vsaj trije sateliti in po možnosti štirje. Prvi Timations so šli v vesolje leta 1967 in so na začetku nosili kremenčeve ure, kasneje pa še ultra natančne atomske ure - rubidij in cezij.
Letalstvo ZDA je delovalo neodvisno od mornarice v svojem globalnem sistemu za določanje položaja, imenovanem Air Force 621B. Tridimenzionalnost je postala pomembna inovacija te tehnike-zdaj je mogoče določiti zemljepisno širino, dolžino in dolgo pričakovano višino predmeta. Satelitski signali so bili ločeni po novem principu kodiranja, ki temelji na psevdo naključnem hrupu podobnem signalu. Psevdonaključna koda poveča odpornost signala proti hrupu in reši vprašanje omejevanja dostopa. Civilni uporabniki navigacijske opreme imajo dostop samo do odprtokodne kode, ki jo lahko kadar koli spremenite v centru za nadzor tal. V tem primeru bo odpovedala vsa "miroljubna" oprema, ki bo s pomembno napako opredelila lastne koordinate. Kode vojaškega zaklepanja bodo ostale nespremenjene.
Preizkusi so se začeli leta 1972 na poligonu v Novi Mehiki z uporabo oddajnikov na balonih in letalih kot simulatorjev satelitov. "Sistem 612B" je pokazal izjemno natančnost pozicioniranja več metrov in takrat se je rodil koncept globalnega navigacijskega sistema s srednjo orbito s 16 sateliti. V tej različici je skupina štirih satelitov (to število je potrebno za natančno navigacijo) zagotovila 24-urno pokritost celotne celine. Nekaj let je bil "sistem 612B" v poskusnem rangu in ga Pentagon ni posebej zanimal. Hkrati je več uradov v Združenih državah delalo na "vroči" navigacijski temi: Laboratorij za uporabno fiziko je delal na modifikaciji Transita, mornarica je "končala" Timation in celo kopenske sile so ponudile svoje SECOR (zaporedna korelacija obsega, zaporedni izračun razponov). To ni moglo skrbeti obrambnega ministrstva, ki se je soočilo z edinstvenimi oblikami navigacije v vsaki vrsti vojakov. V nekem trenutku je eden od ameriških bojevnikov z roko udaril po mizi in rodil se je GPS, ki vključuje vse najboljše od njegovih predhodnikov. Sredi sedemdesetih let je pod okriljem ameriškega obrambnega ministrstva ustanovljen tristranski skupni odbor, imenovan NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group), ki je določil pomembne parametre prihodnjega sistema - število satelitov, njihove višine, signal kode in metode modulacije. Ko so prišli do vrednosti stroškov, so se odločili, da bodo takoj ustvarili dve možnosti - vojaško in komercialno z vnaprej določeno napako pri natančnosti pozicioniranja. Letalske sile so imele vodilno vlogo v tem programu, saj so bile njegove letalske sile 621B najbolj izpopolnjen model prihodnjega navigacijskega sistema, od katerega si je GPS sposodil praktično nespremenjeno tehnologijo psevdo-naključnega hrupa. Sistem za sinhronizacijo signala je bil vzet iz projekta Timtation, vendar je bila orbita dvignjena na 20 tisoč kilometrov, kar je omogočilo 12-urno orbitalno obdobje namesto 8-urnega obdobja predhodnika. Izkušeni satelit je bil v vesolje izstreljen že leta 1978 in kot običajno je bila vnaprej pripravljena vsa potrebna zemeljska infrastruktura - izumljenih je bilo le sedem vrst sprejemne opreme. Leta 1995 je bil GPS v celoti uveden - okoli 30 satelitov je stalno v orbiti, kljub dejstvu, da je za delovanje dovolj 24. Orbitalnih ravnin za satelite je dodeljenih šest, z nagibom 550… Trenutno vam geodetske aplikacije omogočajo, da določite položaj potrošnika z natančnostjo manj kot en milimeter! Od leta 1996 so se pojavili sateliti Block 2R, opremljeni z avtonomnim navigacijskim sistemom AutoNav, ki omogoča delovanje vozila v orbiti, ko je zemeljska kontrolna postaja uničena vsaj 180 dni.
Do poznih osemdesetih let je bila bojna uporaba GPS -a sporadična in nepomembna: določanje koordinat minskih polj v Perzijskem zalivu in odprava pomanjkljivosti na zemljevidih med invazijo na Panamo. Popoln ognjeni krst se je zgodil v Perzijskem zalivu v letih 1990-1991 med puščavsko nevihto. Čete so lahko aktivno manevrirale na puščavskem območju, kjer je težko najti sprejemljive orientacijske točke, pa tudi z visoko natančnostjo kadar koli v dnevu v peščenih nevihtah. Kasneje se je GPS izkazal za uporabnega pri mirovnih operacijah v Somaliji leta 1993, pri ameriškem desantu na Haitiju leta 1994 in nazadnje v afganistanskih in iraških akcijah 21. stoletja.
