-
没有找到您想要的百科
GPS卫星的功率到底有多大？
一个完整的GPS系统应该包括24颗卫星，而定位时至少需要3+1颗（3颗定位，一个校正）。那么问题来了，世界上同时有那么多人在使用GPS进行定位，而每一个人都至少在和4颗卫星相互发送数据，这每一颗卫星的功率得有多大？仅靠太阳能电池板能维持吗？（GPS定位系统由哪几部分组成）
题主问的肯定是GPS卫星信号功率有多大？这其实可以从GPS管理机构公布的一些信息中反推算出来。GPS信号从发射机出来经过天线后，再发射向地球，我们指的卫星信号功率实际上是指发射机的功率，如下面GPS第一个设计图纸中的L1 Transmitter，以及第二个设计图纸中的粉红色部分。（GPS基础知识）
我们知道，如果我们手机等设备要接收并使用GPS卫星信号，那么信号的大小必须是在一定值以上的。根据GPS公开的其信号的特性介绍，二代卫星IIA/IIR/IIR-M/IIF发射的民用信号C/A到达地球时能够保证最小值在-158.5dBW，也就是10的-15.85次方瓦，哇，好低，低到什么程度呢？比我们自然界中存在的背景热噪声功率还要低，完全淹没在噪声之下。这是因为卫星信号从20000多千米高空发射向地球，途中要损失很多能量。
我们以GPS卫星的平均距离20180km为例，看下卫星信号经过这么长距离后到底衰减掉了多少。电磁波在空间的衰减公式可以用这表示:32.4+20*log(f*d)，f指的是信号的频率，d是指距离，那么对于GPS民用C/A信号，经过20180km后，衰减掉了将近182.5dB，也就是大概到达地球的能量只剩下原来的0.00000……0001(1在小数点后第18位)。实际上，20180km只是卫星到正下方的地球的距离，如果到地球边缘，这个距离将是25800km，此时衰减将达到184.5dB。那么要满足地球上最小功率-158.5dBW，GPS卫星发射的信号功率至少应该在-158.5dBW+184.5dB=26dBW以上，换算成十进制就是400瓦。What?怎么这么大，这要从卫星天线的"放大"作用开始说起。
GPS卫星如果要把信号发射出去，需要借助天线的力量，如果没有天线，发射的能量将会是以一个球体的形状向外均匀膨胀的。但是，GPS卫星的用户主要在地球，能否把能量全都发向地球呢？下图中表示的是，如果没有天线，或者是用一个对各个方向都均匀的天线，信号的能量将以图中红线向外均匀分散。而GPS卫星天线将能够把更多的能量聚焦向地球，使信号能量使用最大化。也就是说，天线本身不产生能量，它只是能量的搬运工。（GPS天线原理是什么）
那么GPS卫星天线到底能够把信号功率“放大”多少倍呢？由于GPS卫星位于20180km高空，那么其对地球的张角就在28度左右，也就是说，原先以一个360度立体角发散的能量，现在仅仅发散到28度的立体角。只需要计算28度的立体角对应的球面面积是整个球形面积的占比，就可以得到信号功率的“放大”倍数。根据几何原理，这个倍数在67倍左右。也就是说经过GPS天线“放大”后，卫星信号功率变成了原先的67倍，也就是增加了18.3dB。刚我们计算出卫星发射的信号功率至少要26dBW，那么除掉天线的“放大”作用，实际上发射机发射的功率只有26-18.3=7.7dBW=6瓦左右。
我们上面的推倒过程是偏理想化的，实际上天线不可能把所有能量都集中发向地球。常规的天线，其"放大"作用图如下所示，不是只有一个方向，还有其他次要方向也得到了“放大”，实际的"放大"作用到不了67倍，只有其50%，即33倍，15.2dB左右。
而为了保证用户使用，除了空间衰减184.5dB外，还会另外增加一些余量，我们假设是3dB。这样一来，我们得到GPS卫星信号的发射功率应该在-158.5+184.5-15.2+3=13.8dBW=24W左右。那么实际上GPS设计的是多少呢？
首先，GPS卫星为了让地球上各个地方接收到的功率都一样，它的天线对地球不同地点的“放大”倍数是不一样的，如下图是GPS天线的设计"放大"倍数，地球边缘的“放大”倍数比中间多了2dB左右。（GPS模块定位原理）
由于GPS卫星对地球张角在28度，所以只需要尽量把天线"放大"范围放在28度以内即可。
实际GPS信号功率经过天线"放大"后的测量值如下图绿线表示，扣掉天线"放大"的倍数，从卫星发射机那出来的功率在14.4dBW，即27W左右。如果对这个值无感，那就想想我们手机打电话是最大发射功率在1~2W左右。（GPS和北斗的区别）
欧源通科技专注GPS天线、GPS天线模块，WiFi天线、GSM天线，GPS陶瓷天线，北斗天线，GPS+BD模块、315M、433M、3G/4G、2.4G、GPS定位器等通讯天线及配件的生产定制，核心团队拥有在GPS天线领域二十多年研发经验的技术专家组成，实时关注行业新动态，对产品的研发设计，可靠性，可生产性有深刻的理解和实际的解决能力，能够为各行各业客户提供个性化的产品解决方案，针对不同客户的需求，给予最准确的需求响应，产品广泛应用于航天航空、手持终端、车载通讯、智能穿戴设备、航运、GNSS覆盖与授时、测绘、医疗设备、照明设备，物联网等领域，支持客户各类GPS天线定制，欢迎来电咨询：13725562369 高经理