Navigatiesatellietsystemen van de USSR, Rusland en de VS. Verhaal twee
4 oktober 1957 was een belangrijke stimulans voor de Verenigde Staten - na de lancering van de eerste kunstmatige aardsatelliet in de USSR besloten Amerikaanse ingenieurs de ruimte aan te passen aan de navigatiebehoeften (met de praktische kenmerken van de Yankees). In het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (Applied Physics Laboratory) bestudeerden medewerkers W.G. Guyer en J.K. Wiffenbach het radiosignaal van de Sovjet-Spoetnik-1 en vestigden zij de aandacht op de sterke Doppler-frequentieverschuiving van het signaal dat wordt uitgezonden door een passerende satelliet. Toen onze eerstgeborene in de ruimte naderde, nam de frequentie van het signaal toe, terwijl de terugwijkende radiosignalen met een afnemende frequentie uitzond. De onderzoekers wisten een computerprogramma te ontwikkelen om in één keer uit zijn radiosignaal de parameters van de baan van een vliegend object te bepalen. Natuurlijk is het omgekeerde principe ook mogelijk - de berekening van de reeds bekende baanparameters met dezelfde frequentieverschuiving van de onbekende coördinaten van de grondradio-ontvanger. Dit idee kwam bij APL-medewerker F. T. McClure op, en hij stelde samen met de directeur van het laboratorium, Richard Kershner, een groep onderzoekers samen om te werken aan een project genaamd Transit.
Richard Kershner (links) is een van de grondleggers van het Amerikaanse Global Positioning System. Bron: gpsworld.com
De USS George Washington is de eerste gebruiker van het Transit-systeem. Bron: zonwar.ru
Operationele banen van het sterrenbeeld Transit. Bron: gpsworld.com
De belangrijkste klant was de Amerikaanse marine, die precisienavigatie-instrumenten nodig had voor nieuwe onderzeeërs uitgerust met Polaris-raketten. De noodzaak om de locatie van onderzeeërs van de George Washington-klasse nauwkeurig te bepalen was essentieel voor de toenmalige nieuwigheid - de lancering van raketten met kernkoppen van overal in de oceanen van de wereld.
Doorvoerontvangstapparatuur voor onderzeeërs. Bron: timeandnavigation.si.edu
Al in 1958 konden de Amerikanen het eerste experimentele monster van de Transit-satelliet presenteren en op 17 september 1959 werd het de ruimte in gestuurd. De grondinfrastructuur werd ook gecreëerd - het complex van consumentennavigatieapparatuur, evenals grondvolgstations, waren klaar op het moment van lancering.
De ingenieurs van Hopkins University assembleren en testen het Transit-ruimtevaartuig. Bron: timeandnavigation.si.edu
De Amerikanen werkten aan een satellietnavigatieproject in volledige nabrandermodus: in 1959 hadden ze maar liefst vijf soorten Transit-satellieten ontworpen, die later allemaal werden gelanceerd en getest. In de bedrijfsmodus begon de Amerikaanse navigatie in december 1963 te werken, dat wil zeggen, in minder dan vijf jaar was het mogelijk om een werkbaar systeem te creëren dat zich voor die tijd onderscheidde door een goede nauwkeurigheid - de root mean square error (RMS) voor een stilstaand object was 60 m.
Satelliet Transit 5A model 1970. Bron: timeandnavigation.si.edu
Een ontvanger van het Transit-systeem geïnstalleerd in een voertuig dat in 1987 werd gebruikt door de geoloog Ted Maxwell van de Smithsonian University in de Egyptische woestijn. Het werkpaard van de onderzoeker bleek ...
... Sovjet "Niva"! Bron: gpsworld.com[/center]
Het bepalen van de coördinaten van een onderzeeër die op het oppervlak bewoog was problematischer: als u een fout maakt met de snelheidswaarde met 0,5 km / u, neemt de SCP toe tot 500 m. Daarom was het handiger om naar de satelliet te gaan voor helpen in een stationaire positie van het schip, wat opnieuw niet gemakkelijk was. De Transit met een lage baan (1100 km hoogte) werd halverwege het 64e jaar door de Amerikaanse marine geadopteerd als onderdeel van vier satellieten, waardoor de orbitale constellatie later naar zeven apparaten werd gebracht, en vanaf de 67e werd navigatie beschikbaar voor gewone stervelingen. Op dit moment wordt de Transit-satellietconstellatie gebruikt om de ionosfeer te bestuderen. De nadelen van 's werelds eerste satellietnavigatiesysteem waren het onvermogen om de hoogte van de positie van de grondgebruiker te bepalen, de aanzienlijke duur van de observatie en de nauwkeurigheid van de positionering van het object, die uiteindelijk onvoldoende werd. Dit alles leidde tot nieuwe zoekopdrachten in de Amerikaanse ruimtevaartindustrie.
Timing ruimtevaartuig. Bron: timeandnavigation.si.edu
Het tweede op rij satellietnavigatiesysteem was Timation van het Naval Research Laboratory (NRL - Naval Research Laboratory), dat werd geleid door Roger Easton. Als onderdeel van het project werden twee satellieten geassembleerd, uitgerust met ultraprecieze klokken om tijdsignalen uit te zenden om consumenten te aarden en hun eigen locatie nauwkeurig te bepalen.
Timation NTS-3 experimentele satelliet uitgerust met een rubidiumklok. Bron: gpsworld.com
Bij Timation werd het basisprincipe van de werking van toekomstige GPS-systemen geformuleerd: op de satelliet werkte een zender die een gecodeerd signaal uitzond, die de grondabonnee fixeerde en de vertraging in zijn passage meet. Omdat de apparatuur de exacte locatie van de satelliet in een baan om de aarde kende, berekende het gemakkelijk de afstand tot de satelliet en bepaalde op basis van deze gegevens zijn eigen coördinaten (efemeriden). Hiervoor zijn natuurlijk minimaal drie en liefst vier satellieten nodig. De eerste Timations gingen in 1967 de ruimte in en droegen aanvankelijk quartzhorloges en later ultraprecieze atomaire horloges - rubidium en cesium.
De luchtmacht van de Verenigde Staten exploiteerde, onafhankelijk van de marine, haar eigen wereldwijde positioneringssysteem, System 621B (Air Force 621B) genaamd. Driedimensionaliteit is een belangrijke innovatie van deze techniek geworden - nu is het mogelijk om de breedtegraad, lengtegraad en langverwachte hoogte van een object te bepalen. De satellietsignalen werden gescheiden volgens een nieuw coderingsprincipe op basis van een pseudo-willekeurig ruisachtig signaal. De pseudo-willekeurige code verhoogt de ruisimmuniteit van het signaal en lost het probleem van toegangsbeperking op. Civiele gebruikers van navigatieapparatuur hebben alleen toegang tot open codes, die op elk moment kunnen worden gewijzigd vanuit het grondcontrolecentrum. In dit geval zal alle "vreedzame" apparatuur uitvallen en zijn eigen coördinaten bepalen met een significante fout. Gesloten militaire codes blijven ongewijzigd.
De tests begonnen in 1972 op de testlocatie in New Mexico, waarbij ballon- en vliegtuigzenders als satellietsimulators werden gebruikt. "System 612B" toonde een uitstekende positioneringsnauwkeurigheid van enkele meters en het was in die tijd dat het concept van een wereldwijd navigatiesysteem met een gemiddelde baan met 16 satellieten werd geboren. In deze versie zorgde een cluster van vier satellieten (een dergelijk aantal is nodig voor nauwkeurige navigatie) voor 24-uurs dekking van het hele continent. Een paar jaar lang was "System 612B" in de rang van experimenteel en interesseerde het Pentagon niet echt. Tegelijkertijd werkten verschillende kantoren in de Verenigde Staten aan een "hot" navigatie-onderwerp: het Applied Physics Laboratory werkte aan een aanpassing van de Transit, de marine was bezig met het "voltooien" van de Timation en zelfs de grondtroepen boden hun eigen SECOR (sequentiële correlatie van bereik, sequentiële berekening van bereiken). Dit kon niet anders dan het Ministerie van Defensie ongerust maken, dat het risico liep om in elk type troepen unieke navigatieformaten tegen te komen. Op een gegeven moment sloeg een van de Amerikaanse krijgers met zijn hand op de tafel en GPS was geboren, die al het beste van zijn voorgangers in zich opnam. Halverwege de jaren 70 werd onder auspiciën van het Amerikaanse ministerie van Defensie een tripartiete gezamenlijke commissie opgericht, NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group) genaamd, die de belangrijke parameters van het toekomstige systeem bepaalde - het aantal satellieten, hun hoogte, signaalcodes en modulatiemethoden. Toen we bij het kostencijfer kwamen, besloten we om onmiddellijk twee opties te creëren - militair en commercieel met een vooraf bepaalde fout in positioneringsnauwkeurigheid. De luchtmacht speelde een leidende rol in dit programma, aangezien de Air Force 621B het meest uitgebreide model van het toekomstige navigatiesysteem was, waarvan GPS zijn pseudo-willekeurige ruistechnologie vrijwel onveranderd ontleende. Het signaalsynchronisatiesysteem was afkomstig van het Timtation-project, maar de baan werd verhoogd tot 20 duizend kilometer, wat een omlooptijd van 12 uur opleverde in plaats van de voorganger van 8 uur. Al in 1978 werd een ervaren satelliet de ruimte in gelanceerd en zoals gewoonlijk werd alle benodigde grondinfrastructuur voorlopig voorbereid - er werden slechts zeven soorten ontvangstapparatuur uitgevonden. In 1995 werd GPS volledig ingezet - ongeveer 30 satellieten zijn constant in een baan om de aarde, ondanks het feit dat 24 genoeg is voor werk. Er zijn zes orbitale vliegtuigen voor satellieten toegewezen, met een helling van 550. Op dit moment kun je met GPS geodetische toepassingen de positie van de consument bepalen met een nauwkeurigheid van minder dan een millimeter! Sinds 1996 zijn Block 2R-satellieten verschenen, uitgerust met het AutoNav autonome navigatiesysteem, waarmee het apparaat in een baan om de aarde kan werken wanneer het grondstation gedurende ten minste 180 dagen wordt vernietigd.
Het gevechtsgebruik van GPS tot de late jaren 80 was episodisch en onbeduidend: het bepalen van de coördinaten van mijnenvelden in de Perzische Golf en het elimineren van de onvolkomenheden van kaarten tijdens de invasie van Panama. Een volwaardige vuurdoop vond plaats in de Perzische Golf in 1990-1991 tijdens de "Woestijnstorm". De troepen waren in staat om actief te manoeuvreren in de woestijn, waar het moeilijk is om acceptabele oriëntatiepunten te vinden, en om op elk moment van de dag in zandstormomstandigheden artillerievuur met hoge nauwkeurigheid uit te voeren. Later bleek GPS nuttig bij de vredesoperaties in Somalië in 1993, bij de Amerikaanse landingen in Haïti in 1994 en ten slotte bij de Afghaanse en Iraakse campagnes van de XNUMXe eeuw.
Richard Kershner (links) is een van de grondleggers van het Amerikaanse Global Positioning System. Bron: gpsworld.com
De USS George Washington is de eerste gebruiker van het Transit-systeem. Bron: zonwar.ru
Operationele banen van het sterrenbeeld Transit. Bron: gpsworld.com
De belangrijkste klant was de Amerikaanse marine, die precisienavigatie-instrumenten nodig had voor nieuwe onderzeeërs uitgerust met Polaris-raketten. De noodzaak om de locatie van onderzeeërs van de George Washington-klasse nauwkeurig te bepalen was essentieel voor de toenmalige nieuwigheid - de lancering van raketten met kernkoppen van overal in de oceanen van de wereld.
Doorvoerontvangstapparatuur voor onderzeeërs. Bron: timeandnavigation.si.edu
Al in 1958 konden de Amerikanen het eerste experimentele monster van de Transit-satelliet presenteren en op 17 september 1959 werd het de ruimte in gestuurd. De grondinfrastructuur werd ook gecreëerd - het complex van consumentennavigatieapparatuur, evenals grondvolgstations, waren klaar op het moment van lancering.
De ingenieurs van Hopkins University assembleren en testen het Transit-ruimtevaartuig. Bron: timeandnavigation.si.edu
De Amerikanen werkten aan een satellietnavigatieproject in volledige nabrandermodus: in 1959 hadden ze maar liefst vijf soorten Transit-satellieten ontworpen, die later allemaal werden gelanceerd en getest. In de bedrijfsmodus begon de Amerikaanse navigatie in december 1963 te werken, dat wil zeggen, in minder dan vijf jaar was het mogelijk om een werkbaar systeem te creëren dat zich voor die tijd onderscheidde door een goede nauwkeurigheid - de root mean square error (RMS) voor een stilstaand object was 60 m.
Satelliet Transit 5A model 1970. Bron: timeandnavigation.si.edu
Een ontvanger van het Transit-systeem geïnstalleerd in een voertuig dat in 1987 werd gebruikt door de geoloog Ted Maxwell van de Smithsonian University in de Egyptische woestijn. Het werkpaard van de onderzoeker bleek ...
... Sovjet "Niva"! Bron: gpsworld.com[/center]
Het bepalen van de coördinaten van een onderzeeër die op het oppervlak bewoog was problematischer: als u een fout maakt met de snelheidswaarde met 0,5 km / u, neemt de SCP toe tot 500 m. Daarom was het handiger om naar de satelliet te gaan voor helpen in een stationaire positie van het schip, wat opnieuw niet gemakkelijk was. De Transit met een lage baan (1100 km hoogte) werd halverwege het 64e jaar door de Amerikaanse marine geadopteerd als onderdeel van vier satellieten, waardoor de orbitale constellatie later naar zeven apparaten werd gebracht, en vanaf de 67e werd navigatie beschikbaar voor gewone stervelingen. Op dit moment wordt de Transit-satellietconstellatie gebruikt om de ionosfeer te bestuderen. De nadelen van 's werelds eerste satellietnavigatiesysteem waren het onvermogen om de hoogte van de positie van de grondgebruiker te bepalen, de aanzienlijke duur van de observatie en de nauwkeurigheid van de positionering van het object, die uiteindelijk onvoldoende werd. Dit alles leidde tot nieuwe zoekopdrachten in de Amerikaanse ruimtevaartindustrie.
Timing ruimtevaartuig. Bron: timeandnavigation.si.edu
Het tweede op rij satellietnavigatiesysteem was Timation van het Naval Research Laboratory (NRL - Naval Research Laboratory), dat werd geleid door Roger Easton. Als onderdeel van het project werden twee satellieten geassembleerd, uitgerust met ultraprecieze klokken om tijdsignalen uit te zenden om consumenten te aarden en hun eigen locatie nauwkeurig te bepalen.
Timation NTS-3 experimentele satelliet uitgerust met een rubidiumklok. Bron: gpsworld.com
Bij Timation werd het basisprincipe van de werking van toekomstige GPS-systemen geformuleerd: op de satelliet werkte een zender die een gecodeerd signaal uitzond, die de grondabonnee fixeerde en de vertraging in zijn passage meet. Omdat de apparatuur de exacte locatie van de satelliet in een baan om de aarde kende, berekende het gemakkelijk de afstand tot de satelliet en bepaalde op basis van deze gegevens zijn eigen coördinaten (efemeriden). Hiervoor zijn natuurlijk minimaal drie en liefst vier satellieten nodig. De eerste Timations gingen in 1967 de ruimte in en droegen aanvankelijk quartzhorloges en later ultraprecieze atomaire horloges - rubidium en cesium.
De luchtmacht van de Verenigde Staten exploiteerde, onafhankelijk van de marine, haar eigen wereldwijde positioneringssysteem, System 621B (Air Force 621B) genaamd. Driedimensionaliteit is een belangrijke innovatie van deze techniek geworden - nu is het mogelijk om de breedtegraad, lengtegraad en langverwachte hoogte van een object te bepalen. De satellietsignalen werden gescheiden volgens een nieuw coderingsprincipe op basis van een pseudo-willekeurig ruisachtig signaal. De pseudo-willekeurige code verhoogt de ruisimmuniteit van het signaal en lost het probleem van toegangsbeperking op. Civiele gebruikers van navigatieapparatuur hebben alleen toegang tot open codes, die op elk moment kunnen worden gewijzigd vanuit het grondcontrolecentrum. In dit geval zal alle "vreedzame" apparatuur uitvallen en zijn eigen coördinaten bepalen met een significante fout. Gesloten militaire codes blijven ongewijzigd.
De tests begonnen in 1972 op de testlocatie in New Mexico, waarbij ballon- en vliegtuigzenders als satellietsimulators werden gebruikt. "System 612B" toonde een uitstekende positioneringsnauwkeurigheid van enkele meters en het was in die tijd dat het concept van een wereldwijd navigatiesysteem met een gemiddelde baan met 16 satellieten werd geboren. In deze versie zorgde een cluster van vier satellieten (een dergelijk aantal is nodig voor nauwkeurige navigatie) voor 24-uurs dekking van het hele continent. Een paar jaar lang was "System 612B" in de rang van experimenteel en interesseerde het Pentagon niet echt. Tegelijkertijd werkten verschillende kantoren in de Verenigde Staten aan een "hot" navigatie-onderwerp: het Applied Physics Laboratory werkte aan een aanpassing van de Transit, de marine was bezig met het "voltooien" van de Timation en zelfs de grondtroepen boden hun eigen SECOR (sequentiële correlatie van bereik, sequentiële berekening van bereiken). Dit kon niet anders dan het Ministerie van Defensie ongerust maken, dat het risico liep om in elk type troepen unieke navigatieformaten tegen te komen. Op een gegeven moment sloeg een van de Amerikaanse krijgers met zijn hand op de tafel en GPS was geboren, die al het beste van zijn voorgangers in zich opnam. Halverwege de jaren 70 werd onder auspiciën van het Amerikaanse ministerie van Defensie een tripartiete gezamenlijke commissie opgericht, NAVSEG (Navigation Satellite Executive Group) genaamd, die de belangrijke parameters van het toekomstige systeem bepaalde - het aantal satellieten, hun hoogte, signaalcodes en modulatiemethoden. Toen we bij het kostencijfer kwamen, besloten we om onmiddellijk twee opties te creëren - militair en commercieel met een vooraf bepaalde fout in positioneringsnauwkeurigheid. De luchtmacht speelde een leidende rol in dit programma, aangezien de Air Force 621B het meest uitgebreide model van het toekomstige navigatiesysteem was, waarvan GPS zijn pseudo-willekeurige ruistechnologie vrijwel onveranderd ontleende. Het signaalsynchronisatiesysteem was afkomstig van het Timtation-project, maar de baan werd verhoogd tot 20 duizend kilometer, wat een omlooptijd van 12 uur opleverde in plaats van de voorganger van 8 uur. Al in 1978 werd een ervaren satelliet de ruimte in gelanceerd en zoals gewoonlijk werd alle benodigde grondinfrastructuur voorlopig voorbereid - er werden slechts zeven soorten ontvangstapparatuur uitgevonden. In 1995 werd GPS volledig ingezet - ongeveer 30 satellieten zijn constant in een baan om de aarde, ondanks het feit dat 24 genoeg is voor werk. Er zijn zes orbitale vliegtuigen voor satellieten toegewezen, met een helling van 550. Op dit moment kun je met GPS geodetische toepassingen de positie van de consument bepalen met een nauwkeurigheid van minder dan een millimeter! Sinds 1996 zijn Block 2R-satellieten verschenen, uitgerust met het AutoNav autonome navigatiesysteem, waarmee het apparaat in een baan om de aarde kan werken wanneer het grondstation gedurende ten minste 180 dagen wordt vernietigd.
Het gevechtsgebruik van GPS tot de late jaren 80 was episodisch en onbeduidend: het bepalen van de coördinaten van mijnenvelden in de Perzische Golf en het elimineren van de onvolkomenheden van kaarten tijdens de invasie van Panama. Een volwaardige vuurdoop vond plaats in de Perzische Golf in 1990-1991 tijdens de "Woestijnstorm". De troepen waren in staat om actief te manoeuvreren in de woestijn, waar het moeilijk is om acceptabele oriëntatiepunten te vinden, en om op elk moment van de dag in zandstormomstandigheden artillerievuur met hoge nauwkeurigheid uit te voeren. Later bleek GPS nuttig bij de vredesoperaties in Somalië in 1993, bij de Amerikaanse landingen in Haïti in 1994 en ten slotte bij de Afghaanse en Iraakse campagnes van de XNUMXe eeuw.
informatie