História družicových polohových systémov

Už niekoľko tisícročí vyvíjali ľudia spôsoby, ako dopraviť na veľké vzdialenosti bezpečne a čo najrýchlejšie svoje dopravné prostriedky. Spočiatku používali uhlovú navigáciu podľa hviezd, neskôr, s nástupom rádiového vysielania, začali používať rádiomajáky (napr. systémy Loran a Omega). Potom sa objavili umelé družice Zeme, ktoré umožnili vyvinúť omnoho presnejšie navigačné systémy. Prvý takýto navigačný systém uviedli do prevádzky Spojené Štáty Americké v 60. rokoch a dostal meno Transit. Začiatkom 70. rokov potom opäť v USA začal vznikať projekt, zameraný na ďalšie zdokonalenie družicovej navigácie - začal vznikať plán na vybudovanie systému, ktorý by umožňoval stanovovať polohu s presnosťou až na milimetre. I keď jeho praktická a plne funkčná realizácia trvala viac než 20 rokov, vznikol unikátny systém, ktorý umožňuje prakticky komukoľvek na svete stanoviť svoju polohu s presnosťou, ktorá nie je horšia ako 100 metrov.

O využití družíc pre potreby navigácie sa začalo uvažovať koncom 50. rokov - prakticky ihneď po vypustení prvej vesmírnej družice. Prvý rutinne pracujúci systém uviedli do prevádzky USA v 60. rokoch. Jednalo sa o systém Transit, tvorený šiestimi družicami, obiehajúcich po polárnej obežnej dráhe vo výške cca 1075 km a tromi pozorovacími stanicami umiestnenými na území USA. Obežná doba družíc bola 107 min a družice boli v priestore rozmiestnené tak, že z ktoréhokoľvek miesta na zemeguli bola viditeľná aspoň jedna družica každých 35 až 100 minút. Vždy keď sa objavila družica nad obzorom, mohol pozorovateľ zistiť svoju polohu spracovaním signálov prijatých z družice. Pôvodný systém umožňoval získať polohu s presnosťou na cca 800 m (pol míle), ale postupné zdokonaľovanie techniky i vyhodnocovacých postupov viedlo k dosiahnutiu presnosti pod 5 metrov.

Hlavným zdrojom chýb u tohto systému bola nepresnosť údajov o obežných dráhach družíc (tzv. efemerid). Preto bol vyvinutý spôsob merania, kde jedna stanica bola umiestnená na bode so známou polohou, z nameraných signálov boli spočítané korekcie efemerid a tie boli potom možné použiť pre korekciu výpočtov v okruhu cca 100-500 km. Výsledná presnosť potom bola lepšia než 1 m. Nevýhodou tohto systému bolo jednak to, že pozorovateľ musel zavádzať do výpočtov polohy korekcie na vlastnú rýchlosť a jednak to, že výsledné súradnice boli len dvojrozmerné. Preto nebolo možné tento systém využiť pre leteckú navigáciu. Ďalšou nevýhodou bola len občasná dostupnosť signálu.

Tento systém bol pôvodne vyvinutý pre potreby ponorkového loďstva, ale postupne sa rozšírilo i jeho komerčné využitie pre námornú navigáciu. Systém je dodnes funkčný, ale už sa neobnovuje a počíta sa s jeho postupným zánikom.

Skúsenosti získané pri vývoji a prevádzkovaní tohto systému boli veľmi užitočné práve pri vývoji neskoršieho systému GPS. V roku 1972 bol uvedený do života ďalší systém, ktorý dostal názov Timotion a bol zameraný na vysielanie presného časového signálu. Tento projekt bol taktiež zdrojom skúseností pre neskorší projekt GPS (tretia z radu družíc bola použitá práve pre demonštráciu technológie GPS).

Obdobný vývoj prebiehal i v bývalom Sovietskom Zväze. Koncom 60. rokov bol uvedený do prevádzky Dopplerovský navigačný systém, označovaný názvom Cyklon a dodnes sú používané ďalšie dva obdobné systémy - vojenský šesťdružicový s názvom Parus (alebo tiež Cikada-M) a civilný štvor družicový s názvom Cikada. Tieto systémy majú rovnaké nevýhody ako americký Transit - len dvojrozmerné súradnice, s presnosťou 500 m pri príjme signálu len z jednej družice a zlý časový signál.