Neuvostoliiton, Venäjän ja USA:n satelliittinavigointijärjestelmät. Tarina kaksi
4. lokakuuta 1957 oli tärkeä kannustin Yhdysvalloille - Neuvostoliiton ensimmäisen keinotekoisen maasatelliitin laukaisun jälkeen amerikkalaiset insinöörit päättivät mukauttaa avaruuden navigointitarpeiden täyttämiseen (jenkkien käytännöllisyydellä). Johns Hopkins Applied Physics Laboratoryssa (Applied Physics Laboratory) työntekijät W. G. Guyer ja J. K. Wiffenbach tutkivat Neuvostoliiton Sputnik-1:n radiosignaalia ja kiinnittivät huomion ohi kulkevan satelliitin lähettämän signaalin voimakkaaseen Doppler-taajuusmuutokseen. Kun esikoisemme avaruudessa lähestyi, signaalin taajuus kasvoi, kun taas taantuva lähetti radiosignaaleja, joiden taajuudet vähenevät. Tutkijat onnistuivat kehittämään tietokoneohjelman, joka määrittää lentävän kohteen kiertoradan parametrit sen radiosignaalista yhdellä kertaa. Luonnollisesti myös käänteinen periaate on mahdollinen - jo tunnettujen kiertorataparametrien laskenta käyttäen samaa maaradiovastaanottimen tuntemattomien koordinaattien taajuussiirtoa. Tämä ajatus tuli APL:n työntekijälle F. T. McClurelle, ja hän muodosti yhdessä laboratorion johtajan Richard Kershnerin kanssa ryhmän tutkijoita työskentelemään Transit-projektissa.
Richard Kershner (vasemmalla) on yksi American Global Positioning Systemin perustajista. Lähde: gpsworld.com
USS George Washington on Transit-järjestelmän ensimmäinen käyttäjä. Lähde: zonwar.ru
Transitin tähdistön toimintaradat. Lähde: gpsworld.com
Pääasiakas oli Yhdysvaltain laivasto, joka tarvitsi tarkkuusnavigointityökaluja uusiin Polaris-ohjuksilla varustettuihin sukellusveneisiin. Tarve määrittää tarkasti George Washington -luokan sukellusveneiden sijainti oli välttämätöntä silloiselle uutuudelle - ydinkärjellä varustettujen ohjusten laukaisulle mistä tahansa maailman valtameristä.
Transit-vastaanottolaitteet sukellusveneisiin. Lähde: timeandnavigation.si.edu
Jo vuoteen 1958 mennessä amerikkalaiset pystyivät esittämään ensimmäisen kokeellisen näytteen Transit-satelliitista, ja 17. syyskuuta 1959 se lähetettiin avaruuteen. Myös maainfrastruktuuri luotiin - kuluttajien navigointilaitteiden kompleksi sekä maaseuranta-asemat olivat valmiita julkaisuun mennessä.
Hopkinsin yliopiston insinöörit kokoavat ja testaavat Transit-avaruusalusta. Lähde: timeandnavigation.si.edu
Amerikkalaiset työskentelivät satelliittinavigointiprojektin parissa täysin jälkipolttotilassa: vuoteen 1959 mennessä he olivat suunnitelleet jopa viisi erityyppistä Transit-satelliittia, jotka kaikki myöhemmin laukaistiin ja testattiin. Toimintatilassa amerikkalainen navigointi aloitti toimintansa joulukuussa 1963, eli alle viidessä vuodessa pystyttiin luomaan toimiva järjestelmä, joka erottui aikansa hyvästä tarkkuudesta - neliökeskiarvovirheestä (RMS) paikallaan oleva kohde oli 60 m.
Satellite Transit 5A malli 1970. Lähde: timeandnavigation.si.edu
Transit-järjestelmän vastaanotin asennettu ajoneuvoon, jota Smithsonianin yliopiston geologi Ted Maxwell käytti Egyptin autiomaassa vuonna 1987. Tutkijan työhevoseksi osoittautui ...
... Neuvostoliiton "Niva"! Lähde: gpsworld.com[/center]
Pinnalla liikkuvan sukellusveneen koordinaattien määrittäminen oli ongelmallisempaa: jos teet virheen nopeusarvoon 0,5 km/h, niin SCP kasvaa 500 metriin. Siksi oli tarkoituksenmukaisempaa kääntyä satelliitin puoleen. apua aluksen paikallaan ollessa, mikä taaskaan ei ollut helppoa. Matalan kiertoradan (korkeus 1100 km) Transitin omaksui Yhdysvaltain laivasto 64. vuoden puolivälissä osana neljää satelliittia, mikä toi myöhemmin kiertoradan tähdistöstä seitsemään laitteeseen, ja 67. päivästä lähtien navigointi tuli pelkkien kuolevaisten saataville. Tällä hetkellä ionosfääriä tutkitaan Transit-satelliittikonstellaatiolla. Maailman ensimmäisen satelliittinavigointijärjestelmän haittoja olivat kyvyttömyys määrittää maakäyttäjän sijainnin korkeutta, havainnoinnin merkittävä kesto ja kohteen paikantamisen tarkkuus, joka lopulta osoittautui riittämättömäksi. Kaikki tämä johti uusiin hakuihin Yhdysvaltain avaruusteollisuudessa.
Ajoitusavaruusalus. Lähde: timeandnavigation.si.edu
Toinen peräkkäinen satelliittinavigointijärjestelmä oli Timation Naval Research Laboratorysta (NRL - Naval Research Laboratory), jota johti Roger Easton. Osana hanketta koottiin kaksi satelliittia, jotka oli varustettu erittäin tarkoilla kelloilla lähettämään aikasignaaleja maakuluttajille ja määrittämään tarkasti oman sijaintinsa.
Timation NTS-3 kokeellinen satelliitti, joka on varustettu rubidiumkellolla. Lähde: gpsworld.com
Timationissa muotoiltiin tulevaisuuden GPS-järjestelmien toiminnan perusperiaate: satelliitissa toimi lähetin, joka lähetti koodattua signaalia, joka kiinnitti maatilaajan ja mittasi sen kulumisviivettä. Tietäen satelliitin tarkan sijainnin kiertoradalla laitteisto laski helposti etäisyyden siihen ja määritti näiden tietojen perusteella omat koordinaattinsa (efemeridit). Tämä vaatii tietysti vähintään kolme satelliittia ja mieluiten neljä. Ensimmäiset Timations menivät avaruuteen vuonna 1967 ja kantoivat aluksi kvartsikelloja ja myöhemmin erittäin tarkkoja atomikelloja - rubidiumia ja cesiumia.
Yhdysvaltain ilmavoimat, laivastosta riippumatta, käyttivät omaa globaalia paikannusjärjestelmää, nimeltään System 621B (Air Force 621B). Kolmiulotteisuudesta on tullut tämän tekniikan tärkeä innovaatio - nyt on mahdollista määrittää kohteen leveysaste, pituusaste ja kauan odotettu korkeus. Satelliittisignaalit erotettiin uuden koodausperiaatteen mukaisesti, joka perustui näennäissatunnaiseen kohinatyyppiseen signaaliin. Näennäissatunnainen koodi lisää signaalin kohinansietokykyä ja ratkaisee pääsyrajoituksen. Navigointilaitteiden siviilikäyttäjillä on pääsy vain avoimiin koodeihin, joita voidaan muuttaa milloin tahansa maavalvontakeskuksesta. Tässä tapauksessa kaikki "rauhanomainen" laitteisto epäonnistuu ja määrittää omat koordinaattinsa merkittävällä virheellä. Suljetut sotilaskoodit pysyvät ennallaan.
Testit aloitettiin vuonna 1972 New Mexicon testialueella, jossa käytettiin ilmapallo- ja lentokonelähettimiä satelliittisimulaattoreina. "System 612B" osoitti erinomaista useiden metrien paikannustarkkuutta ja tuolloin syntyi konsepti keskikiertoradalla maailmanlaajuisesta 16 satelliitin navigointijärjestelmästä. Tässä versiossa neljän satelliitin ryhmä (sellainen määrä on tarpeen tarkan navigoinnin kannalta) tarjosi 24 tunnin peiton koko mantereelle. Muutaman vuoden ajan "System 612B" oli kokeellinen, eikä se erityisesti kiinnostanut Pentagonia. Samaan aikaan useat Yhdysvaltojen toimistot työskentelivät "kuuman" navigointiaiheen parissa: Applied Physics Laboratory työskenteli Transitin muunnelman parissa, laivasto "viimeisteli" Timationia ja jopa maajoukot tarjosivat omiaan. SECOR (Sequential Correlation of Range, peräkkäinen alueiden laskenta). Tämä ei voinut olla huolissaan puolustusministeriöstä, joka oli vaarassa kohdata ainutlaatuisia navigointimuotoja jokaisessa joukkojen tyypissä. Jossain vaiheessa yksi amerikkalaisista sotureista löi kätensä pöytään ja syntyi GPS, joka imee kaikki edeltäjänsä parhaat puolet. 70-luvun puolivälissä Yhdysvaltain puolustusministeriön suojeluksessa perustettiin kolmikantainen sekakomitea, nimeltään NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group), joka määritti tulevan järjestelmän tärkeät parametrit - satelliittien lukumäärän, niiden korkeudet, signaalikoodit ja modulaatiomenetelmät. Kun tulimme kustannuslukemaan, päätimme luoda välittömästi kaksi vaihtoehtoa - sotilaallisen ja kaupallisen, jossa on ennalta määrätty virhe paikannustarkkuudessa. Ilmavoimilla oli johtava rooli tässä ohjelmassa, koska sen Air Force 621B oli tulevaisuuden navigointijärjestelmän kehittynein malli, josta GPS lainasi näennäissatunnaisen meluteknologiansa lähes muuttumattomana. Signaalin synkronointijärjestelmä otettiin Timtation-projektista, mutta kiertorata nostettiin 20 tuhanteen kilometriin, mikä tarjosi 12 tunnin kiertoradan edeltäjänsä 8 tunnin sijaan. Kokenut satelliitti laukaistiin avaruuteen jo vuonna 1978 ja, kuten tavallista, kaikki tarvittava maainfrastruktuuri oli alustavasti valmisteltu - vain seitsemän tyyppistä vastaanottolaitteistoa keksittiin. Vuonna 1995 GPS otettiin käyttöön täysimääräisesti - noin 30 satelliittia on jatkuvasti kiertoradalla, vaikka työhön riittää 24. Satelliiteille on varattu kuusi kiertoratatasoa, joiden kaltevuus on 550. Tällä hetkellä GPS-geodeettisten sovellusten avulla voit määrittää kuluttajan sijainnin alle millimetrin tarkkuudella! Vuodesta 1996 lähtien on ilmestynyt Block 2R -satelliitteja, jotka on varustettu autonomisella AutoNav-navigointijärjestelmällä, jonka avulla laite voi toimia kiertoradalla, kun maaohjausasema tuhoutuu vähintään 180 päivää.
GPS:n taistelukäyttö 80-luvun loppuun asti oli episodista ja merkityksetöntä: Persianlahden miinakenttien koordinaattien määrittäminen ja karttojen epätäydellisyyden poistaminen Panaman hyökkäyksen aikana. Täysiaikainen tulikaste tapahtui Persianlahdella vuosina 1990-1991 "Aavikomyrskyn" aikana. Joukot pystyivät aktiivisesti liikkumaan autiomaassa, jossa on vaikea löytää hyväksyttäviä maamerkkejä, sekä suorittaa tykistötuli suurella tarkkuudella mihin tahansa aikaan päivästä hiekkamyrskyolosuhteissa. Myöhemmin GPS osoittautui hyödylliseksi rauhanturvaoperaatiossa Somaliassa vuonna 1993, amerikkalaisten maihinnousuissa Haitissa vuonna 1994 ja lopulta XNUMX-luvun Afganistanin ja Irakin kampanjoissa.
Richard Kershner (vasemmalla) on yksi American Global Positioning Systemin perustajista. Lähde: gpsworld.com
USS George Washington on Transit-järjestelmän ensimmäinen käyttäjä. Lähde: zonwar.ru
Transitin tähdistön toimintaradat. Lähde: gpsworld.com
Pääasiakas oli Yhdysvaltain laivasto, joka tarvitsi tarkkuusnavigointityökaluja uusiin Polaris-ohjuksilla varustettuihin sukellusveneisiin. Tarve määrittää tarkasti George Washington -luokan sukellusveneiden sijainti oli välttämätöntä silloiselle uutuudelle - ydinkärjellä varustettujen ohjusten laukaisulle mistä tahansa maailman valtameristä.
Transit-vastaanottolaitteet sukellusveneisiin. Lähde: timeandnavigation.si.edu
Jo vuoteen 1958 mennessä amerikkalaiset pystyivät esittämään ensimmäisen kokeellisen näytteen Transit-satelliitista, ja 17. syyskuuta 1959 se lähetettiin avaruuteen. Myös maainfrastruktuuri luotiin - kuluttajien navigointilaitteiden kompleksi sekä maaseuranta-asemat olivat valmiita julkaisuun mennessä.
Hopkinsin yliopiston insinöörit kokoavat ja testaavat Transit-avaruusalusta. Lähde: timeandnavigation.si.edu
Amerikkalaiset työskentelivät satelliittinavigointiprojektin parissa täysin jälkipolttotilassa: vuoteen 1959 mennessä he olivat suunnitelleet jopa viisi erityyppistä Transit-satelliittia, jotka kaikki myöhemmin laukaistiin ja testattiin. Toimintatilassa amerikkalainen navigointi aloitti toimintansa joulukuussa 1963, eli alle viidessä vuodessa pystyttiin luomaan toimiva järjestelmä, joka erottui aikansa hyvästä tarkkuudesta - neliökeskiarvovirheestä (RMS) paikallaan oleva kohde oli 60 m.
Satellite Transit 5A malli 1970. Lähde: timeandnavigation.si.edu
Transit-järjestelmän vastaanotin asennettu ajoneuvoon, jota Smithsonianin yliopiston geologi Ted Maxwell käytti Egyptin autiomaassa vuonna 1987. Tutkijan työhevoseksi osoittautui ...
... Neuvostoliiton "Niva"! Lähde: gpsworld.com[/center]
Pinnalla liikkuvan sukellusveneen koordinaattien määrittäminen oli ongelmallisempaa: jos teet virheen nopeusarvoon 0,5 km/h, niin SCP kasvaa 500 metriin. Siksi oli tarkoituksenmukaisempaa kääntyä satelliitin puoleen. apua aluksen paikallaan ollessa, mikä taaskaan ei ollut helppoa. Matalan kiertoradan (korkeus 1100 km) Transitin omaksui Yhdysvaltain laivasto 64. vuoden puolivälissä osana neljää satelliittia, mikä toi myöhemmin kiertoradan tähdistöstä seitsemään laitteeseen, ja 67. päivästä lähtien navigointi tuli pelkkien kuolevaisten saataville. Tällä hetkellä ionosfääriä tutkitaan Transit-satelliittikonstellaatiolla. Maailman ensimmäisen satelliittinavigointijärjestelmän haittoja olivat kyvyttömyys määrittää maakäyttäjän sijainnin korkeutta, havainnoinnin merkittävä kesto ja kohteen paikantamisen tarkkuus, joka lopulta osoittautui riittämättömäksi. Kaikki tämä johti uusiin hakuihin Yhdysvaltain avaruusteollisuudessa.
Ajoitusavaruusalus. Lähde: timeandnavigation.si.edu
Toinen peräkkäinen satelliittinavigointijärjestelmä oli Timation Naval Research Laboratorysta (NRL - Naval Research Laboratory), jota johti Roger Easton. Osana hanketta koottiin kaksi satelliittia, jotka oli varustettu erittäin tarkoilla kelloilla lähettämään aikasignaaleja maakuluttajille ja määrittämään tarkasti oman sijaintinsa.
Timation NTS-3 kokeellinen satelliitti, joka on varustettu rubidiumkellolla. Lähde: gpsworld.com
Timationissa muotoiltiin tulevaisuuden GPS-järjestelmien toiminnan perusperiaate: satelliitissa toimi lähetin, joka lähetti koodattua signaalia, joka kiinnitti maatilaajan ja mittasi sen kulumisviivettä. Tietäen satelliitin tarkan sijainnin kiertoradalla laitteisto laski helposti etäisyyden siihen ja määritti näiden tietojen perusteella omat koordinaattinsa (efemeridit). Tämä vaatii tietysti vähintään kolme satelliittia ja mieluiten neljä. Ensimmäiset Timations menivät avaruuteen vuonna 1967 ja kantoivat aluksi kvartsikelloja ja myöhemmin erittäin tarkkoja atomikelloja - rubidiumia ja cesiumia.
Yhdysvaltain ilmavoimat, laivastosta riippumatta, käyttivät omaa globaalia paikannusjärjestelmää, nimeltään System 621B (Air Force 621B). Kolmiulotteisuudesta on tullut tämän tekniikan tärkeä innovaatio - nyt on mahdollista määrittää kohteen leveysaste, pituusaste ja kauan odotettu korkeus. Satelliittisignaalit erotettiin uuden koodausperiaatteen mukaisesti, joka perustui näennäissatunnaiseen kohinatyyppiseen signaaliin. Näennäissatunnainen koodi lisää signaalin kohinansietokykyä ja ratkaisee pääsyrajoituksen. Navigointilaitteiden siviilikäyttäjillä on pääsy vain avoimiin koodeihin, joita voidaan muuttaa milloin tahansa maavalvontakeskuksesta. Tässä tapauksessa kaikki "rauhanomainen" laitteisto epäonnistuu ja määrittää omat koordinaattinsa merkittävällä virheellä. Suljetut sotilaskoodit pysyvät ennallaan.
Testit aloitettiin vuonna 1972 New Mexicon testialueella, jossa käytettiin ilmapallo- ja lentokonelähettimiä satelliittisimulaattoreina. "System 612B" osoitti erinomaista useiden metrien paikannustarkkuutta ja tuolloin syntyi konsepti keskikiertoradalla maailmanlaajuisesta 16 satelliitin navigointijärjestelmästä. Tässä versiossa neljän satelliitin ryhmä (sellainen määrä on tarpeen tarkan navigoinnin kannalta) tarjosi 24 tunnin peiton koko mantereelle. Muutaman vuoden ajan "System 612B" oli kokeellinen, eikä se erityisesti kiinnostanut Pentagonia. Samaan aikaan useat Yhdysvaltojen toimistot työskentelivät "kuuman" navigointiaiheen parissa: Applied Physics Laboratory työskenteli Transitin muunnelman parissa, laivasto "viimeisteli" Timationia ja jopa maajoukot tarjosivat omiaan. SECOR (Sequential Correlation of Range, peräkkäinen alueiden laskenta). Tämä ei voinut olla huolissaan puolustusministeriöstä, joka oli vaarassa kohdata ainutlaatuisia navigointimuotoja jokaisessa joukkojen tyypissä. Jossain vaiheessa yksi amerikkalaisista sotureista löi kätensä pöytään ja syntyi GPS, joka imee kaikki edeltäjänsä parhaat puolet. 70-luvun puolivälissä Yhdysvaltain puolustusministeriön suojeluksessa perustettiin kolmikantainen sekakomitea, nimeltään NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group), joka määritti tulevan järjestelmän tärkeät parametrit - satelliittien lukumäärän, niiden korkeudet, signaalikoodit ja modulaatiomenetelmät. Kun tulimme kustannuslukemaan, päätimme luoda välittömästi kaksi vaihtoehtoa - sotilaallisen ja kaupallisen, jossa on ennalta määrätty virhe paikannustarkkuudessa. Ilmavoimilla oli johtava rooli tässä ohjelmassa, koska sen Air Force 621B oli tulevaisuuden navigointijärjestelmän kehittynein malli, josta GPS lainasi näennäissatunnaisen meluteknologiansa lähes muuttumattomana. Signaalin synkronointijärjestelmä otettiin Timtation-projektista, mutta kiertorata nostettiin 20 tuhanteen kilometriin, mikä tarjosi 12 tunnin kiertoradan edeltäjänsä 8 tunnin sijaan. Kokenut satelliitti laukaistiin avaruuteen jo vuonna 1978 ja, kuten tavallista, kaikki tarvittava maainfrastruktuuri oli alustavasti valmisteltu - vain seitsemän tyyppistä vastaanottolaitteistoa keksittiin. Vuonna 1995 GPS otettiin käyttöön täysimääräisesti - noin 30 satelliittia on jatkuvasti kiertoradalla, vaikka työhön riittää 24. Satelliiteille on varattu kuusi kiertoratatasoa, joiden kaltevuus on 550. Tällä hetkellä GPS-geodeettisten sovellusten avulla voit määrittää kuluttajan sijainnin alle millimetrin tarkkuudella! Vuodesta 1996 lähtien on ilmestynyt Block 2R -satelliitteja, jotka on varustettu autonomisella AutoNav-navigointijärjestelmällä, jonka avulla laite voi toimia kiertoradalla, kun maaohjausasema tuhoutuu vähintään 180 päivää.
GPS:n taistelukäyttö 80-luvun loppuun asti oli episodista ja merkityksetöntä: Persianlahden miinakenttien koordinaattien määrittäminen ja karttojen epätäydellisyyden poistaminen Panaman hyökkäyksen aikana. Täysiaikainen tulikaste tapahtui Persianlahdella vuosina 1990-1991 "Aavikomyrskyn" aikana. Joukot pystyivät aktiivisesti liikkumaan autiomaassa, jossa on vaikea löytää hyväksyttäviä maamerkkejä, sekä suorittaa tykistötuli suurella tarkkuudella mihin tahansa aikaan päivästä hiekkamyrskyolosuhteissa. Myöhemmin GPS osoittautui hyödylliseksi rauhanturvaoperaatiossa Somaliassa vuonna 1993, amerikkalaisten maihinnousuissa Haitissa vuonna 1994 ja lopulta XNUMX-luvun Afganistanin ja Irakin kampanjoissa.
tiedot