Die Zukunft des GPS
Die Zukunft des GPS
Die Verbesserung der Leistung von Global Positioning Systems (GPS) hat es zu einem beliebten Instrument für die Straßennavigation gemacht. Doch wie zuverlässig ist es wirklich und wie kann es zu einem System weiterentwickelt werden, das robust genug ist, um auch kritische Aufgaben wie den Flug- und Bahnverkehr zu übernehmen? David Bartlett, freiberuflicher Berater für GPS-Systeme, befasst sich mit der Geschichte des GPS und damit, wie es mit anderen Technologien und Satellitennavigationssystemen kombiniert werden kann, um eine optimale Leistung zu erzielen.
Die Leistungsfähigkeit von GPS hat sich in den letzten zehn Jahren phänomenal verbessert. Ursprünglich in den 1970er Jahren für das Militär entwickelt und vom US-Verteidigungsministerium betrieben, fasste GPS nach und nach auch in der See- und Luftnavigation Fuß. In jüngster Zeit hat es sich mit verbesserten Empfängern und Zusatztechnologien wie dem Kartenabgleich zur bevorzugten Navigationstechnologie für Straßenreisen entwickelt. GPS gehört heute nicht nur zur Standardausstattung von Luxusautos, sondern ist auch als separates Gerät für Fahrzeugortung oder Wanderer weit verbreitet und wird immer mehr zu einem integralen Bestandteil vieler Mobiltelefone.
Unterschiedliche Verwendungszwecke
GPS wird inzwischen in vielen ernsthaften professionellen Anwendungen eingesetzt, z. B. bei der Landvermessung, der Synchronisierung von Basisstationen in Mobilfunknetzen und bei der umlagefinanzierten Kfz-Versicherung, die von Norwich Union eingeführt wurde. In diesem Fall wird ein kleiner schwarzer Kasten mit einem GPS-Empfänger und einem Funkmodem in das versicherte Auto eingebaut. Das GPS überwacht ständig die Position des Fahrzeugs, und jeden Tag werden Aufzeichnungen über Ort und Zeit der Fahrt in die Computer von Norwich Union hochgeladen, die die fällige Versicherungsgebühr berechnen. Das System ermöglicht es dem Benutzer, kontextabhängige Entscheidungen über die Fahrweise zu treffen – zum Beispiel ist es in der Regel viel teurer, spät nachts oder in den frühen Morgenstunden zu fahren.
Jede Woche wird in den Medien über neue und neuartige Einsatzmöglichkeiten von GPS berichtet: Verfolgung von Gefangenen, Ortung von Nutztieren, ortsbezogene Spiele, Schutz von Alleinarbeitern und vieles mehr.
So gut, wie es ist?
GPS war das erste globale Satellitennavigationssystem (GNSS) und ist das einzige System, das heute allgemein für die kommerzielle Nutzung zur Verfügung steht. Um eine Position zu berechnen, muss der Empfänger in der Lage sein, mindestens vier (bei einer höhenbeschränkten Lösung drei) Satellitensignale zu empfangen und genau zu messen, und er muss genau wissen, wo sich die Satelliten am Himmel befinden.
Umgang mit Beschränkungen
Die meisten Leistungsverbesserungen des GPS sind auf bessere Empfänger und deren Fähigkeit zurückzuführen, sehr schwache Signale aus dem Hintergrundrauschen herauszufiltern. Dies macht sich vor allem im “Tracking-Modus” bemerkbar. Sobald der Empfänger die Satellitensignale erfasst hat, kann er sie auch dann noch verfolgen, wenn sie nur noch ein Tausendstel der normalen direkten Signalstärke betragen.
Die Schwierigkeit besteht jedoch darin, schwache Signale überhaupt erst zu erfassen. Das Problem besteht darin, dass die Satellitensignale ein Datensignal enthalten, das alle Informationen enthält, die der Empfänger für die Berechnung einer Position benötigt (siehe nebenstehenden Abschnitt “Wie GNSS funktioniert”). Diese Daten werden mit einer Bitrate von 50 Bit pro Sekunde übertragen, wodurch das gemessene Signal moduliert wird. Während der Erfassung weiß der Empfänger nicht, welche Daten übertragen werden, und diese Ungewissheit erschwert die genaue Messung sehr schwacher Satellitensignale; außerdem muss der Empfänger in der Lage sein, die Daten zu dekodieren, um zu wissen, wie die Position zu berechnen ist.
Alternative Systeme
Während GPS III einige dieser allgemeinen Bedenken ausräumt, gibt es einige politische Faktoren, die den Wunsch nach weiteren GNSS-Systemen wecken. Da GPS vom US-Verteidigungsministerium verwaltet und kontrolliert wird, ist seine Nutzung für kommerzielle Dienste von dessen Gnaden und könnte nach Belieben abgeschaltet werden. Darüber hinaus bietet GPS keine kommerziellen Serviceversprechen.
Dann gibt es noch Galileo, das europäische GNSS-System, das direkt für kommerzielle Anwendungen entwickelt wird und für das eine Dienstleistungsvereinbarung abgeschlossen wird. Es wurde so konzipiert, dass es die Nutzung mehrerer Bänder und andere technische Innovationen nutzt, um die Signalerfassung zu erleichtern und die Robustheit gegenüber Störern zu erhöhen. Die Satelliten kreisen in einer etwas stärker geneigten Umlaufbahn, was angeblich eine bessere Abdeckung als GPS in den hohen europäischen Breitengraden ermöglicht. Das System ist auch mit dem internationalen Such- und Rettungssatellitensystem (SARSAT) integriert und kann Notsignale empfangen und lokalisieren. Galileo wurde von Verzögerungen und finanziellen Problemen geplagt, doch scheint es endlich auf dem besten Weg zu sein, bis etwa 2012 betriebsbereit zu sein.
Verbesserung von GPS
Zurück zum GPS: Es gibt einige Möglichkeiten, dem Empfänger externe Informationen zur Verfügung zu stellen, um seine Leistung zu verbessern. Diese Methoden werden oft als unterstützte GPS- oder GPS-Ergänzungstechniken bezeichnet.
Signalisierung für Land und Meer
Es gibt auch viele unabhängige Systeme und Technologien, die für GNSS wichtig sind und wahrscheinlich auch in Zukunft sein werden. Neben der Kartenanpassung – ohne die die meisten kommerziellen GPS-Navigationsgeräte heute nicht auskommen würden – können zusätzliche Bewegungsdaten von Raddrehungszählern, Beschleunigungsmessern, Magnetometern, Kreiseln und anderen Geräten verwendet werden (siehe Abschnitt “Erklärung der Kartenanpassung”). Dynamische Hochleistungs-GPS-Empfänger, die für Präzisions- und Luftfahrtarbeiten verwendet werden, sind in der Regel zu kostspielig und sperrig für kommerzielle Massensysteme, die daher auf eine viel billigere teilweise Integration mit anderen Sensordaten angewiesen sind.
Angesichts der jüngsten GPS-Verbesserungen sind die alten bodengestützten, flächendeckenden Funkortungssysteme wie Decca und Loran C weitgehend außer Gebrauch geraten und wurden durch das überlegene und leistungsfähigere GPS-System ersetzt. Die Schifffahrtsindustrie fördert jedoch aktiv die Entwicklung von eLoran. Dabei handelt es sich um eine modernisierte Version von Loran, einer terrestrischen Funknavigation, die ein Netz von Niederfrequenz-Bodensendern nutzt. Der Empfänger empfängt und dekodiert die Signale von mindestens zwei oder drei verschiedenen Sendern und errechnet anhand dieser Messungen die Position des Empfängers. Es wird eine Genauigkeit von mindestens 10 m angegeben. Da das System auf völlig anderen Funkmodi und einem ganz anderen Funkspektrum basiert, ist man der Ansicht, dass eLoran ein praktikables Parallel- oder Backup-System für GPS in der Schifffahrt und für hochzuverlässige Anwendungen im Straßenverkehr darstellt.
Künftige Nutzung
Es ist wahrscheinlich, dass GPS noch für einige Zeit der Dreh- und Angelpunkt für Navigationsanwendungen bleiben wird, auch wenn
Die Entwicklung des GPS
Die Entwicklung des GPS
Das Global Positioning System (GPS) wird immer mehr zu einem festen Bestandteil unseres täglichen Lebens. Das System, das 1973 vom US-Verteidigungsministerium entwickelt wurde, hat seit seiner Einführung für die Öffentlichkeit im Jahr 1995 viele Veränderungen durchlaufen. GPS verwendet das Konzept der Trilateration, um Ihren Standort zu bestimmen, stützt sich aber auf Differential-GPS und Atomuhren, um die Genauigkeit erheblich zu verbessern. Dank dieser Präzision wird GPS in unzähligen Anwendungen eingesetzt, darunter in der persönlichen Navigation und in militärischen Raketenleitsystemen. Und da diese Technologie immer preiswerter wird, wird GPS wahrscheinlich in immer interessanteren Anwendungen wie der digitalen Dateisicherheit eingesetzt werden. Zunächst muss sich die US-Regierung jedoch mit der Frage des Datenschutzes im Zusammenhang mit GPS befassen.
Einführung
Wir alle kennen das: Sie fahren die Straße entlang und versuchen verzweifelt, aus dem Fenster zu schauen und die Straßennummern zu lesen. Sind Sie falsch abgebogen? Schon bald kommen Sie zu der Erkenntnis, die Sie schon lange befürchtet haben: Sie haben sich verfahren. In der Vergangenheit war dies ein sehr häufiger Vorfall. Doch seit dem Aufkommen des Global Positioning System (GPS) sind immer mehr Menschen in der Lage, problemlos zu ihrem gewünschten Ziel zu navigieren. Die GPS-Technologie ermöglicht es den Nutzern, ihren genauen Standort über einen kleinen GPS-Empfänger zu bestimmen. Heute sind GPS-Empfänger in Autos, Booten, Flugzeugen, Laptops, Traktoren und unzähligen anderen Anwendungen zu finden.
Um die Bedeutung dieser Technologie richtig einschätzen zu können, ist es wichtig zu verstehen, wie GPS funktioniert, welche Anwendungen es derzeit gibt, welche potenziellen Probleme mit GPS verbunden sind und welche künftigen Anwendungen zu erwarten sind. Zunächst muss man jedoch die Beweggründe für die Entwicklung von GPS verstehen.
Geschichte
1973 wurde die Idee für ein globales Positionierungssystem, das ursprünglich NAVSTAR genannt wurde, vom Verteidigungsministerium der Vereinigten Staaten entwickelt. Ursprünglich war die Technologie nur für militärisches Personal und Transporteinheiten gedacht, um deren Standort zu ermitteln. Fünf Jahre später, im Jahr 1978, wurden die ersten vier GPS-Satelliten vom US-Verteidigungsministerium ins All geschossen. GPS erreichte seine volle Betriebskapazität erst am 17. Juli 1995, da für eine vollständige Abdeckung mindestens 24 Satelliten erforderlich sind.
Vor der kommerziellen Einführung von GPS kündigte das Verteidigungsministerium an, dass zwei verschiedene GPS-Dienste entwickelt würden: Standard Positioning Service (SPS) und Precise Positioning Service (PPS). SPS, das schließlich acht Jahre später aktiviert wurde, sollte für die Öffentlichkeit freigegeben werden, während PPS dem US-Militär vorbehalten sein sollte. Der wesentliche Unterschied zwischen SPS und PPS bestand darin, dass bei SPS ein absichtlicher Zufallsfehler verwendet wurde, um zu verhindern, dass Zivilisten durch eine Technik namens Selective Availability (SA) exakte Koordinaten erhalten konnten. SA verschlechterte das Signal um etwa 100 Meter, indem die Uhren der Satelliten leicht verändert wurden . Das Verteidigungsministerium war der Ansicht, dass diese Änderung notwendig war, um die Sicherheitsinteressen der USA und ihrer Verbündeten zu schützen, indem potenziellen Feinden die volle Leistungsfähigkeit von GPS vorenthalten wurde.
Präsident Bill Clinton beendete den SA-Dienst am 1. Mai 2000. Er begründete dies damit, dass “den weltweiten Interessen der Verkehrssicherheit, der Wissenschaft und des Handels durch die Einstellung von SA am besten gedient ist” . Da das Verteidigungsministerium immer noch in der Lage ist, GPS-Signale im Falle einer Bedrohung der nationalen Sicherheit selektiv regional zu verweigern, war es der Ansicht, dass SA abgeschafft werden kann, ohne die USA oder ihre Verbündeten angreifbar zu machen. SPS ist zwar immer noch nicht so präzise wie PPS, aber durch die Abschaffung von SA hat sich die Genauigkeit verfünffacht.
Wie es funktioniert
Um zu verstehen, wie GPS Ihren Standort auf Ihrem PDA anzeigen kann, müssen Sie vier Schlüsselbereiche untersuchen: das Konzept der Trilateration, die Entfernungsmessung, Atomuhren und die Verringerung von Fehlern durch Differential-GPS.
Trilateration
Die Trilateration ist das grundlegende Konzept, das dem GPS zugrunde liegt. Jeder der 29 Satelliten des GPS-Netzes umkreist die Erde zweimal täglich. Die Gesamtzahl von 29 (24 operationelle, 5 Backup-Satelliten) wurde erreicht, weil mit dieser Zahl festgestellt wurde, dass von jedem Punkt der Erde aus mindestens vier Satelliten sichtbar sind. Die folgende Diskussion zeigt, dass es notwendig ist, immer vier Satelliten in Sichtweite zu haben.
Ein einzelner Satellit übermittelt im Wesentlichen eine entscheidende Information: die Entfernung zwischen ihm und dem anfragenden Gerät. Nennen wir Ihre Entfernung vom Satelliten D. Die kreisförmige Fläche um diesen Punkt repräsentiert überall auf der Erdoberfläche eine Entfernung D vom Satelliten.
Die Entwicklung der GPS-Satelliten und ihre heutige Nutzung
Die Entwicklung der GPS-Satelliten und ihre heutige Nutzung
Vor dreiundsechzig Jahren, am Freitag, dem 4. Oktober 1957, begann das Raumfahrtzeitalter – und fast jeder, der heute lebt, ist ein Nachkomme davon. Die Sowjetunion schickte eine glänzende, metallene, strandballgroße Kugel in die Umlaufbahn. Sputnik piepte 21 Tage lang jede Sekunde, bevor er verstummte. Seine Pieptöne waren auf der ganzen Welt zu hören. Mithilfe des Dopplereffekts konnte man feststellen, ob sich der winzige Satellit auf einen zu oder von einem weg bewegte. Die Wissenschaftler konnten die genaue Position des Satelliten bestimmen, indem sie ihn in einem einzigen Vorbeiflug beobachteten, und stellten fest, dass dies auch umgekehrt möglich war. Der unbekannte Standort eines irdischen Beobachters konnte von der bekannten Umlaufbahn eines einzelnen Satelliten abgeleitet werden. Aus dieser Idee entwickelte sich das erste Satellitennavigationssystem.
Im Jahr 1964 wurde das Navy Navigation Satellite System (NNSS) in Betrieb genommen. Das streng geheime System mit der Bezeichnung Transit wurde zur Unterstützung der U-Boot-Flotte mit ballistischen Raketen vom Typ Polaris gebaut. Es arbeitete mit einer kleinen Konstellation von weniger als fünf Satelliten in einer polaren Umlaufbahn. Bei so wenigen Satelliten in der Umlaufbahn konnte es mehr als eine Stunde dauern, um eine Positionsbestimmung vorzunehmen. Mit speziell verschlüsselten Signalen konnte eine Genauigkeit von zwanzig Metern erreicht werden, aber diese waren auf U-Boote beschränkt. Alle anderen Nutzer von Transit konnten nur eine Genauigkeit von 200 Metern erreichen.
Die Genauigkeit war eine Herausforderung. Das Problem wurde auf dieselbe Weise gelöst wie 300 Jahre zuvor das Chronometer von John Harrison, indem Vergangenheit und Gegenwart miteinander verknüpft wurden. Eine genauere Ortung erforderte eine genauere Zeitmessung (siehe geospatial-solutions.com/from-the-great-pyramids-to-gis-gps/). Das Problem wurde durch zwei Timation-Satelliten gelöst, die 1967 und 1969 gestartet wurden, um ein Zeitreferenzsignal zu senden. Bei den Timation-Satelliten handelte es sich im Wesentlichen um weltraumgestützte Zeitmessgeräte.
Timation verbesserte die Ortungsgenauigkeit, auch wenn es Stunden dauerte, bis eine Genauigkeit von unter einem Meter erreicht war. Das System erwies sich als erfolgreich, so dass Transit ab 1967 auch für nicht-militärische Nutzer, wie z. B. Vermessungsingenieure, verfügbar wurde. Tatsächlich ist heute jeder, der jemals mit einem Referenzsystem gearbeitet hat, mit dem WGS 84 vertraut, das ursprünglich auf “Doppler-Vermessungsempfängern”, den so genannten Georeceivern, basierte, die sich auf die Messungen des Transit-Systems bezogen. Transit war auch unter dem Namen NavSat bekannt, als es in größerem Umfang für zivile Zwecke wie die Handelsschifffahrt eingesetzt wurde.
1973 versuchte das Verteidigungsministerium, den Erfolg von Transit (NNSS) und Timation in einem einzigen Satellitensystem zu vereinen, das sich zum NavStar-Global Positioning System entwickelte. Die ersten Starts begannen 1978 und erreichten 1993 eine vollständige Konstellation von 24 GPS-Satelliten. Seitdem haben Russland, Europa, China, Indien und Japan ihre eigenen Konstellationen aufgebaut. All diese Systeme bilden zusammen mit GPS das globale Satellitennavigationssystem (GNSS), das insgesamt mehr als 120 Satelliten umfasst.
In Anerkennung des anhaltenden Erfolgs und der positiven globalen Auswirkungen von GPS wurde im Februar 2019 der Queen Elizabeth Award for Engineering an vier der Hauptentwickler des GPS-Programms für ihren Beitrag zur Welt verliehen. Diese vier Herren sind “Engineering Stars”. Am 12. Februar dieses Jahres unterzeichnete Präsident Trump eine Durchführungsverordnung, die den Wert von Position, Navigation und Zeitmessung (PNT) als unsichtbare Infrastruktur der modernen Gesellschaft anerkennt. Und am 1. Juli hielt Kapitän “Sully” Sullenberger eine Rede vor dem Beirat für weltraumgestütztes PNT, in der er darauf hinwies, dass GPS zu einem universellen Bestandteil aller Facetten unseres Lebens geworden ist, einschließlich Finanztransaktionen, Transport, Landwirtschaft, Rettungseinsätze, Vermessung und Bauwesen.
Die GPS-Satelliten sind unsere eigene Konstellation, und jeder von ihnen sollte zu Ehren eines Wissenschaftlers oder Ingenieurs benannt werden, der an der Konzeption und Entwicklung der Programme Transit, Timation und GPS mitgewirkt hat; auch wenn die früheren Systeme nicht mehr existieren, sollte ihr Erbe lange in Erinnerung bleiben.
Seit den Anfängen des Kalten Krieges, als vor 63 Jahren ein zirpender Strandball durch den Weltraum flog, bereichern heute mehr als 2 600 Satelliten unser irdisches Leben und sorgen für bessere Kommunikation, Ortung und Verständigung. Wir alle sind Kinder der Sterne, wenn auch Sterne, die wir selbst geschaffen haben.
EINE KURZE GESCHICHTE DES GPS
EINE KURZE GESCHICHTE DES GPS
Haben Sie schon einmal eine Smartphone-App benutzt, um den Weg zu einem neuen Restaurant zu finden oder den Verkehr auf dem Weg zu vermeiden? Haben Sie schon einmal eine App benutzt, um einen Mitfahrdienst anzufordern? Wie wäre es, wenn Sie Ihre Kilometer bei einem schnellen Lauf aufzeichnen würden? Von so einfachen Dingen wie der Zeitanzeige auf Ihrem Telefon oder Computer bis hin zu so komplexen Dingen wie selbstfahrenden Autos werden diese modernen Notwendigkeiten und Luxusgüter von etwas angetrieben, das die meisten Menschen als selbstverständlich ansehen: dem Global Positioning System (GPS).
Die Technologien, aus denen das GPS besteht, haben sich so tief in den Alltag der Menschen integriert, dass man sich eine Welt ohne sie kaum noch vorstellen kann, aber es hat eigentlich relativ bescheidene Anfänge. Tatsächlich hat die Aerospace Corporation eine entscheidende Rolle bei der Weiterentwicklung des Konzepts und der Technologie gespielt und unterstützt diese wichtigen Systeme auch heute noch.
Hier finden Sie einen kurzen Überblick darüber, wie die weltraumgestützte Navigation zu einer so grundlegenden Technologie für unser tägliches Leben wurde.
Ein Kind des Weltraumrennens
Im Jahr 1957 startete Russland den Sputnik, den ersten Satelliten, der die Erde erfolgreich umkreiste. Während Sputnik die Erde umkreiste, sendete der Satellit ein Funksignal aus. Eine Gruppe von Wissenschaftlern des Applied Physics Laboratory (APL) der Johns Hopkins University beobachtete ein seltsames Phänomen: Die Frequenz der von Sputnik gesendeten Funksignale nahm zu, je näher der Satellit kam, und die Signalfrequenz nahm ab, je weiter er sich entfernte.
Diese Verschiebung ist in der Physik als Dopplereffekt bekannt. Durch die Ausnutzung des Dopplereffekts des Sputniks konnten die Wissenschaftler die Bewegung des Satelliten vom Boden aus mit Hilfe von Funksignalen verfolgen. Später erweiterten sie die Idee: Wenn der Standort eines Satelliten vom Boden aus über die Frequenzverschiebung seines Funksignals bestimmt werden konnte, dann konnte auch der Standort eines Empfängers am Boden anhand seiner Entfernung zum Satelliten ermittelt werden.
1958 nutzte die Advanced Research Projects Agency (ARPA) dieses Prinzip, um Transit zu entwickeln, das erste globale Satellitennavigationssystem der Welt. Der erste Satellit für Transit startete 1960, und das von der John Hopkins University APL entwickelte Konzept war in der Lage, militärischen und kommerziellen Nutzern, einschließlich der Raketen-U-Boote der Navy, Navigation zu bieten. Das Programm wurde Mitte der 1960er Jahre an die Marine übergeben, und 1968 war eine Konstellation von 36 Satelliten voll einsatzfähig. Die Transit-Technologie lieferte eine Genauigkeit von bis zu zehn Metern und wird für die “Verbesserung der Genauigkeit der Karten der Landgebiete der Erde um fast zwei Größenordnungen” verantwortlich gemacht, wodurch die Akzeptanz der Satellitennavigation erhöht wurde.
Transit war 28 Jahre lang in Betrieb, bis das Verteidigungsministerium es 1996 durch das heutige Global Positioning System (GPS) ersetzte.
GPS-Innovation vorantreiben
Dr. Ivan Getting, Gründungspräsident der Aerospace Corporation, hatte die Vision eines leistungsfähigeren und genaueren Systems, das er als “Leuchtturm am Himmel” betrachtete. Im Jahr 1963 begann Aerospace mit der Suche nach Möglichkeiten zur Erweiterung und Verbesserung eines Satellitennavigationssystems. Eine von Phillip Diamond geleitete Studie von Aerospace aus dem Jahr 1963 empfahl ein Konzept mit der Bezeichnung 621-B, und dank der Energie und Weitsicht von Getting gründete die Air Force ein neues Satellitennavigationsprogramm mit der Bezeichnung 621-B. Weitere Systemstudien der Luft- und Raumfahrtingenieure James Woodford und Hideyoshi Nakamura, die 1966 abgeschlossen wurden, empfahlen eine Architektur, bei der die Messungen von vier Satelliten den Bedarf an hochgenauen Uhren in den Empfängern überflüssig machen würden. Auf diese Weise ließen sich die hohen Kosten erheblich senken, was die Einführung der Technologie vorantrieb, da sie wirtschaftlich realisierbar wurde.
Die Architektur sah vor, dass jeder Satellit mit einer eigenen Uhr ausgestattet wird, die in regelmäßigen Abständen durch Signale von Bodenstationen aktualisiert wird und die Positionen der GPS-Satelliten mit hoher Präzision und Genauigkeit überwacht. Die Entscheidung, die Uhren vom Bodenempfänger auf den Satelliten zu verlagern, würde später massive Auswirkungen haben: Ohne die Notwendigkeit, eine Uhr am Boden zu haben, konnten die GPS-Geräte verkleinert werden, so dass sie schließlich in ein Handy passten.
Im weiteren Verlauf der 1960er Jahre wurde die Entwicklung von GPS durch technologische Fortschritte wie Festkörpermikroprozessoren, Computer und Techniken zur Nutzung der Bandbreite unterstützt. Die Entwicklung von Atomuhren am Naval Research Laboratory (NRL) Naval Center for Space Technology führte zu Fortschritten bei einem satellitengestützten Navigationssystem, das als Timation (Time Navigation) bekannt wurde. Die ersten beiden Timation-Satelliten, die 1967 und 1968 gestartet wurden, waren mit Kristalloszillator-Uhren ausgestattet. Ein dritter Satellit, der 1974 gestartet wurde, war der erste, der mit einer Atomuhr ausgestattet war, was die Genauigkeit erheblich verbesserte und eine dreidimensionale Standortabdeckung ermöglichte.
Den Weg nach vorn ebnen
Im November 1972 wurde Air Force Col. Bradford Parkinson mit der Leitung des Satellitennavigationsprogramms betraut. Parkinson leitete ein Team bei der Entwicklung eines Konzepts, das die besten Aspekte von TRANSIT, Timation und Projekt 621-B zusammenfasste. Dieser überarbeitete Systemvorschlag erhielt im Dezember 1973 die Genehmigung des Verteidigungsministeriums für ein passives 1-Weg-Entfernungsmesssystem mit 24 Satelliten, das Atomuhren auf mittleren Erdumlaufbahnen nutzte, um eine 12-Stunden-Periode zu liefern.
Die erste Umsetzung dieses Konzepts begann 1974, als die US-Luftwaffe mit der Entwicklung des ersten einer Reihe von Navstar-Satelliten, des Bodenkontrollsystems und verschiedener Arten von militärischer Benutzerausrüstung begann.
Im Februar 1978 startete der erste Navstar/GPS-Entwicklungssatellit Block I, und bis Ende 1978 wurden drei weitere Navstar-Satelliten gestartet. Zwischen 1977 und 1979 wurden mehr als 700 Tests durchgeführt, in denen die Ingenieure der Luft- und Raumfahrt die Genauigkeit des integrierten Raumfahrt-, Kontroll- und Nutzersystems bestätigten. Weitere GPS-Block-I-Demonstrationssatelliten wurden in den frühen 1980er Jahren gestartet.