Первый этап подразумевал экспериментальное подтверждение пригодности общей концепции спутниковой навигационной системы, демонстрацию заложенного в нее потенциала и конкретизацию дальнейшего плана работ. Во второй этап включались полномасштабные инженерные разработки, в третий – производство и развертывание сегментов GPS. Исходная программа оценивалась приблизительно в 100 миллионов долларов и подразумевала изготовление четырех спутников, запуск ракет-носителей, три типа оконечного оборудования, средства управления спутниками и всестороннюю программу испытаний.Самые первые спутники NAVSTAR на самом деле были двумя переделанными спутниками системы Timation, созданными в Военно-морской исследовательской лаборатории. Известные ныне, как технологические навигационные спутники №1 и №2, они несли на борту атомные часы, первые из когда-либо запущенных в космос. Несмотря на то, что эти экспериментальные спутники функционировали лишь в течение короткого периода времени между запусками в 1974 и 1977 гг., они позволили опробовать метод измерения дальности с использованием широкополосного радиосигнала и прецизионных меток времени, получаемых от орбитальных атомных часов. В качестве первого атомного стандарта использовался рубидиевый стандарт, затем более точные цезиевый и водородный. Несколько позже были запущены и протестированы спутники GPS, известные, как “Блок 1”. Эта серия спутников поддерживала выполнение большинства программ для испытания системы. Между 1978 и 1985 гг. одиннадцать спутников, построенных компанией Rockwell International, были выведены на орбиту носителем Atlas-F, один спутник был утрачен из-за аварии при запуске. Остальные постепенно утратили пригодность из-за ухудшения точности атомных часов или поломки системы контроля высоты. Тем не менее, многие из спутников первого блока прослужили значительно дольше, чем подразумевавшиеся при разработке три года – в некоторых случаях более десяти лет. Круговые орбиты спутников последовательно увеличивались с 925 км до 13000 км, а затем достигли окончательной величины в 20145 км. Также последовательно менялась несущая частота передатчиков: сначала 400 МГц, затем 1227 МГц, и позднее достигла современного значения 1575 МГц. Незадолго перед началом запусков “Блока 1” военные предусмотрели двойное назначение спутников GPS. В дополнение к имеющемуся оборудованию позиционирования и точного времени, спутники могли нести на борту датчики ядерного взрыва (NUDET, nuclear detonation), предназначенные для обнаружения фактов испытания ядерного оружия, выявления ядерной атаки и оценки масштабов разрушений. Система могла быть также использована для контроля за соблюдением Договора о запрещении испытаний ядерного оружия, заключенного между США и СССР в 1963 г. Впервые датчики ядерного взрыва были размещены на шести спутниках GPS, запущенных 26 апреля 1980 г. Для контроля за соблюдением запрета испытаний ВВС США и Комиссия по атомной энергии (предшественник Министерства атомной энергетики) совместно разработали серию спутников радиационного контроля, названных Vela. Датчики ядерного взрыва были также размещены практически на всех спутниках, запускаемых Министерством обороны, включая спутники NAVSTAR. Датчики, размещенные на первых спутниках GPS, не отличались от датчиков системы Vela. Впоследствии были разработаны датчики нового типа. Система обнаружения ядерных взрывов играет важную роль в контроле за выполнением Договора о нераспространении ядерного оружия от 1968 г. Министерство обороны США планирует и впредь размещать на спутниках GPS оборудование ядерного обнаружения. Размещение датчиков ядерного взрыва непосредственно на спутниках GPS удобно еще и тем, что в случае ведения военных действий позволяет передавать первичную информацию о ядерном взрыве не только на центральную станцию слежения, но и напрямую на оконечные терминалы военных. Безусловно, это позволяет быстро принимать не только стратегические решения на уровне головного командования, но и тактические решения на местах. Испытания пользовательского оборудования GPS начались в марте 1977 г., еще до того, как необходимые спутники были выведены на орбиту. Система наземных радиопередатчиков с питанием от солнечных батарей была размещена на крыше одного из исследовательских центров в Аризоне для симуляции сигнала от спутников GPS. Эти передатчики, названные псевдолитами (как производное от термина pseudo satellite), излучали сигнал, по структуре идентичный сигналу спутников GPS. И хотя сигналы, приходящие от наземных передатчиков, отличаются от сигнала из космоса, они позволяли приблизительно имитировать геометрию расположения спутников. Тем временем четыре спутника были выведены на орбиту и исследовательская группа принялась испытывать различные типы пользовательских терминалов, размещенных на самолетах, кораблях, грузовиках и армейских джипах. Испытывался даже носимый человеком приемник GPS. В то время он представлял собой ранец весом около 12 килограммов. Обобщенная структура GPS состоит из трех сегментов: космического сегмента (спутники), пользовательского сегмента (приемники) и сегмента управления. Третий сегмент GPS – прототип наземного центра управления – был размещен в Ванденберге, штат Калифорния в описанный выше период времени. Когда все базовые компоненты системы были введены в строй, Объединенный Центр объявил о переходе к следующему этапу работ – полномасштабным инженерным разработкам GPS. Это случилось в августе 1979 г.
