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GPS衛星的功率到底有多大？
一個完整的GPS系統應該包括24顆衛星，而定位時至少需要3+1顆（3顆定位，一個校正）。那么問題來了，世界上同時有那么多人在使用GPS進行定位，而每一個人都至少在和4顆衛星相互發送數據，這每一顆衛星的功率得有多大？僅靠太陽能電池板能維持嗎？（GPS定位系統由哪幾部分組成）
題主問的肯定是GPS衛星信號功率有多大？這其實可以從GPS管理機構公布的一些信息中反推算出來。GPS信號從發射機出來經過天線后，再發射向地球，我們指的衛星信號功率實際上是指發射機的功率，如下面GPS第一個設計圖紙中的L1 Transmitter，以及第二個設計圖紙中的粉紅色部分。（GPS基礎知識）
我們知道，如果我們手機等設備要接收并使用GPS衛星信號，那么信號的大小必須是在一定值以上的。根據GPS公開的其信號的特性介紹，二代衛星IIA/IIR/IIR-M/IIF發射的民用信號C/A到達地球時能夠保證最小值在-158.5dBW，也就是10的-15.85次方瓦，哇，好低，低到什么程度呢？比我們自然界中存在的背景熱噪聲功率還要低，完全淹沒在噪聲之下。這是因為衛星信號從20000多千米高空發射向地球，途中要損失很多能量。
我們以GPS衛星的平均距離20180km為例，看下衛星信號經過這么長距離后到底衰減掉了多少。電磁波在空間的衰減公式可以用這表示:32.4+20*log(f*d)，f指的是信號的頻率，d是指距離，那么對于GPS民用C/A信號，經過20180km后，衰減掉了將近182.5dB，也就是大概到達地球的能量只剩下原來的0.00000……0001(1在小數點后第18位)。實際上，20180km只是衛星到正下方的地球的距離，如果到地球邊緣，這個距離將是25800km，此時衰減將達到184.5dB。那么要滿足地球上最小功率-158.5dBW，GPS衛星發射的信號功率至少應該在-158.5dBW+184.5dB=26dBW以上，換算成十進制就是400瓦。What?怎么這么大，這要從衛星天線的"放大"作用開始說起。
GPS衛星如果要把信號發射出去，需要借助天線的力量，如果沒有天線，發射的能量將會是以一個球體的形狀向外均勻膨脹的。但是，GPS衛星的用戶主要在地球，能否把能量全都發向地球呢？下圖中表示的是，如果沒有天線，或者是用一個對各個方向都均勻的天線，信號的能量將以圖中紅線向外均勻分散。而GPS衛星天線將能夠把更多的能量聚焦向地球，使信號能量使用最大化。也就是說，天線本身不產生能量，它只是能量的搬運工。（GPS天線原理是什么）
那么GPS衛星天線到底能夠把信號功率“放大”多少倍呢？由于GPS衛星位于20180km高空，那么其對地球的張角就在28度左右，也就是說，原先以一個360度立體角發散的能量，現在僅僅發散到28度的立體角。只需要計算28度的立體角對應的球面面積是整個球形面積的占比，就可以得到信號功率的“放大”倍數。根據幾何原理，這個倍數在67倍左右。也就是說經過GPS天線“放大”后，衛星信號功率變成了原先的67倍，也就是增加了18.3dB。剛我們計算出衛星發射的信號功率至少要26dBW，那么除掉天線的“放大”作用，實際上發射機發射的功率只有26-18.3=7.7dBW=6瓦左右。
我們上面的推倒過程是偏理想化的，實際上天線不可能把所有能量都集中發向地球。常規的天線，其"放大"作用圖如下所示，不是只有一個方向，還有其他次要方向也得到了“放大”，實際的"放大"作用到不了67倍，只有其50%，即33倍，15.2dB左右。
而為了保證用戶使用，除了空間衰減184.5dB外，還會另外增加一些余量，我們假設是3dB。這樣一來，我們得到GPS衛星信號的發射功率應該在-158.5+184.5-15.2+3=13.8dBW=24W左右。那么實際上GPS設計的是多少呢？
首先，GPS衛星為了讓地球上各個地方接收到的功率都一樣，它的天線對地球不同地點的“放大”倍數是不一樣的，如下圖是GPS天線的設計"放大"倍數，地球邊緣的“放大”倍數比中間多了2dB左右。（GPS模塊定位原理）
由于GPS衛星對地球張角在28度，所以只需要盡量把天線"放大"范圍放在28度以內即可。
實際GPS信號功率經過天線"放大"后的測量值如下圖綠線表示，扣掉天線"放大"的倍數，從衛星發射機那出來的功率在14.4dBW，即27W左右。如果對這個值無感，那就想想我們手機打電話是最大發射功率在1~2W左右。（GPS和北斗的區別）
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