GPS是如何诞生的

GPS是一项使用智能手机位置信息构成功能和导航基础的技术。这是现在生活中必不可少的技能。 GPS是如何诞生的？

GPS是美国运营的卫星定位系统，但其起源是人造卫星1号，这是前苏联于1957年10月4日发射的第一颗卫星。在太空发展中被苏联超越的美国动员了科学家进行分析人造卫星其中包括约翰霍普金斯大学应用物理研究所的APL物理学家William Guier和George Weiffenbach，他们在GPS的诞生中发挥了重要作用。

注意到人造卫星1定期发射信号，他们发现由信号引起的多普勒效应及其相对地面的相对速度可用于准确识别人造卫星1的轨迹。同样，APL物理学家弗兰克·麦克卢尔（Frank McClure）建议，使用已经知道其轨道的卫星信号将使他们知道它们在地球上的位置。这个相反的想法成为GPS的起点。

当时正与苏联进行冷战的美国正在开发一种导弹核潜艇，该核潜艇负责核威慑。但是，准确的位置信息对于确定潜艇在广阔海洋中的位置至关重要。 APL太空专员Dick Kershner着手开发Transit卫星。 1959年9月发射的Inspector 1A未能到达轨道，但随后Inspector 1B成功了，并于1964年开始正式运行。

运输工具的位置测量误差约为25m，因此，如果用户移动，则必须准确确定速度，但是即使速度仅移动1个音符，测量结果也将移动0.2海里。此外，与GPS可以在三个维度上掌握位置信息的情况不同，Transit仅指定二维坐标。

与使用Transit时将海拔高出0m的潜水艇不同，它高度起伏。因此，为了确定陆军的位置或空中飞行的飞机的位置，需要添加高度的3D位置信息。

1962年，我第一次感到3D位置信息的重要性是航空航天公司首席执行官Ivan Getting，该公司是一家致力于开发航空航天技术的非营利组织。他曾是一名军人，利用他的网络说服了美国国防部，因此，美国空军启动了一项新的卫星导航技术开发项目，计划621B。

该程序后来成为GPS的原型。为了表彰这一成就，2003年，Getting还获得了Bradford Parkinson颁发的Charles Stark Draper奖，Bradford Parkinson在GPS开发中发挥了重要作用。

计划621B的核心角色是航空航天公司的研究人员詹姆斯·伍德福德和中村秀吉。在1966年提交给国防部的最高机密报告中，他们提出了一种称为3Δρ（三重三角行）的方法，该方法可通过四颗卫星测量三维坐标和时间。通过这种方法，建立了获取3D位置信息的理论，但是在实现中存在技术挑战。为了实现这项技术，有必要在卫星上安装一个原子钟，但是当时没有可以在太空中使用的原子钟。

当美国空军实施621B计划时，美国海军研究中心NRL也正在制定自己的计划。这是由NRL研究人员Roger Eastern领导的Timation项目。 Easton于2010年进入美国发明家名人堂，以期在该项目中发挥核心作用。

在该项目中，发射了四颗卫星。计时1于1967年5月27日首次发射，配备了稳定的石英钟，但是由于太阳风暴，它面临着改变其频率的问题。定时1的失败表明卫星发射的信号受到电离层的影响，从而导致延迟。因此，1969年9月30日发射的“时间2”试图通过安装发射两个不同频率信号的晶体来解决电离层中信号延迟的问题，但是无法避免太阳风暴的影响。

NRL于1974年7月推出了配备两个轻型rub振荡器的Timation NTS-1，并于1977年6月推出了配备铯原子钟的Timation NTS-2，以积累太空原子系统的运行性能。尽管空军主导的621B计划是理论性的，海军主导的“计时”项目产生了技术成果，但五角大楼感到头痛的是，其他两个项目都需要大量预算。

处于僵局的帕金森就职于621B计划，他于1973年9月访问了国防部。621B计划是由NRL的Timing Project安装在卫星上的一种原子力，它提供了三维位置信息功能，用户无需使用原子钟就可以使用。时钟相对稳定，因此报告程序621B应该通过中继替换正在进行的接地信号。提出一个将两个项目结合在一起的新项目。

这个新项目是GPS开发项目。帕金森的提议于1973年12月14日正式获得批准，并成立了GPS联合计划办公室（JPO），该计划将海军和空军项目整合在一起。日本特许厅将重点开发来自美国各地的精挑细选的GPS。

从1978年2月22日第一代GPS卫星Navstar 1的发射开始，JPO于1985年发射了10颗卫星，从而完成了最初的GPS。包括已退役的卫星在内，所有74颗卫星均在2019年8月22日之前发射了。带有此类卫星的卫星仍在全球定位系统航空队（以JPO为前身）中进行操作。相关信息可以在这里找到。