История создания автомобильного навигатора

Человечество очень быстро привыкает к своим изобретениям. Канули в лету даже воспоминания о том, как предки неделями, а то и месяцами в каретах добирались до пункта назначения. Кто добирался, конечно.

Давным давно привычной, и для большинства водителей единственно возможной, стала автоматическая коробка передач. Перестали удивлять различные автоматические примочки, которыми оснащены современные автомобили.

Все реже и реже можно встретить автолюбителя, кропотливо рассматривающего карту в поисках маршрута. Или, допустим, пассажира справа, время от времени нервозно сверяющегося с картой, лежащей у него на коленях. Дабы не разочаровать водителя, пропустив нужный поворот.

Голос из динамика, рекомендующий «turn left», «turn right», «...» уже иногда кажется наделенным эмоциями и характером. 

Как же жили наши несчастные предки без таких подсказок?

А не жили. То есть, не жили без подсказок. Конечно, им далеко было до того, чем мы пользуемся сейчас, но уже с начала ХХ-го века человек начал придумывать, как бы ему облегчить свою автолюбительскую долю.

Первый ручной "навигатор" Plus Fours Routefinder был изготовлен в Великобритании  в 1920 году. Внешне он напоминал ручные часы, и состоял из бумажной карты и двух деревянных рукояток, которые необходимо было прокручивать вручную. В комплекте шла коробочка с картами.

Спустя десятилетие был создан простенький механический навигатор. Принцип работы устройства был достаточно элементарен. На экране прокручивалась бумажная карта с нанесенными на нее графическими объектами. В движение она приводилась тросиком, аналогичным используемому в современных механических спидометрах. Соответственно, скорость прокручивания карты была пропорциональна скорости движения автомобиля. Если автомобилист совершал поворот, ему приходилось сменить карту и найти на ней свое текущее местоположение.

Современные автомобильные навигаторы, получившие название GPS (Global Positioning System), обязаны своему появлению военным, и имеют более, чем полувековую историю. Началась она  4 октября 1947 года, когда советские учёные вывели на орбиту первый искусственный спутник Земли. Наблюдения за этим орбитальным модулем американских исследователей во главе с Ричардом Кершнером позволили выяснить зависимость частоты радиосигналов, излучаемых спутником, от его координат и параметров движения. Это физическое явление, подтверждающее известный закон Доплера, легло в основу разработки и запуска первого аналога современной системы GPS-навигации –  американского проекта «TRANSIT», который стартовал в 1958 году. А в 1960 американские спутники на орбите образовали первую рабочую систему мониторинга и определения координат объектов, перемещающихся по земной поверхности.

Основным недостатком комплекса «Транзит» являлось невозможность вычисления координат в режиме реального времени. Немалые хлопоты доставляла разработчикам и военным, которые использовали систему мониторинга, сложность и неточность в вычислениях, достигающая порой погрешности 100 метров. Эти факторы стали причиной начала новых разработок  Пентагона в 1973 году.

Орбиты спутников располагаются примерно между 60 градусами северной и южной широты.

Разрабатываемая система спутниковой навигации была названа NAVSTAR (NAVigation Satellite providing Time And Range), что в переводе на русский язык означает "навигационная спутниковая система, обеспечивающая измерение времени и местоположения".  Привычную аббревиатуру GPS стали использовать уже позже.

Изначально GPS использовалась для высокоточного и независимого от погоды определения местоположения объектов в космосе, на суше и на море в интересах армии США. Непосредственная реализация системы началась в 1978 году с запуском первого спутника.

Детство у системы GPS было трудное. В то время уже существовали хорошо разработанные навигационные технологии. Попытки введения новой системы навигации подразумевали, помимо всего прочего, широкомасштабную переподготовку в войсках, что наталкивалось на консерватизм военных. Вначале командный состав ВВС просто отказывался применять GPS, ссылаясь на ее чрезмерную дороговизну.

Руководство военно-морского флота США также было против внедрения новой спутниковой навигационной программы, предпочитая довольствоваться существующими испытанными методиками. Серьезным ударом по GPS стала трагическая гибель отклонившегося от курса южнокорейского "Боинга-747" с 269 пассажирами на борту, сбитого советским истребителем над Татарским проливом. Сбитый самолет бы оснащен  именно такой навигационной системой. Под давлением этих обстоятельств, Пентагон вынужден был отказаться  от полномасштабной поддержки спутниковой группировки и, чтобы ее как-то спасти, GPS была рассекречена. Президент США Рональд Рейган разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Во избежание применения системы для военных нужд, точность была уменьшена специальным алгоритмом.

Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности на частоте L1, и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки. В 2000 г. загрубление точности было отменено указом президента США.

Благодаря коммерческому интересу гражданских разработчиков, система стала стремительно совершенствоваться и развиваться. 

С 1983 г. система GPS открыта для использования в гражданских целях, в 1989 году был произведен запуск спутников нового поколения. Первые 11 спутников двигались по другой, по сравнению с современными, орбите, и были предназначены для того, чтобы апробировать систему и показать реальность выполнения задачи. В 1993 г. система была полностью развернута.

На орбиту были выведены 24 навигационных спутника Block II. Окончательно GPS-система была введена в эксплуатацию в 1995 г. В настоящее время она эксплуатируется и обслуживается Министерством Обороны США.