Gps卫星只有24颗，为什么能服务全球几十亿设备？

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首先明确的是：截至到2020年4月，美国已经发射了74颗GPS（全球定位导航系统）卫星，其中31颗正在运行，9颗处于后备状态，2颗正在测试中，30颗已经退休，2颗丢失。整个系统至少需要24颗可运行的卫星，并且官方目标数量是33。

全球定位导航系统为什么能服务全球几十亿设备？这就是GPS系统设计的高明之处——卫星只是单向的发射信号，接收机采用无源方式只接收信号，这个类似于现在的广播系统，不需要考虑容量。
GPS是什么？——可以提供全球定位导航服务的系统

全球定位导航系统（也称为NAVSTAR GPS），是一种基于卫星的无线电导航系统。美国政府创建并维护了该系统，任何使用GPS接收器的人都可以免费访问，它是全球导航卫星系统（GNSS）之一，它向地球上或附近的任何地方的GPS接收器提供地理位置和时间信号。为用户提供3维定位，导航和计时功能。GPS系统主要包括：

1）空间部分：GPS卫星；

2）控制部分：监测站和控制系统；

3）用户部分：GPS设备。

GPS不需要用户发送任何数据，并且它独立于任何电话或互联网，2000年时，GPS定位的精度约为5米。精度增强的最新阶段使用L5频段，现已完全部署。2018年发布的使用L5频段的GPS接收器可以具有更高的精度，精确到30厘米或11.8英寸以内。

除了定位和导航之外，GPS还可以用于追踪，例如为动物添加标签以查看其领土范围。该技术还有助于进行遥感、测控，例如帮助更好地定义一个国家的轮廓等。
GPS为谁服务？——美国运营的系统，可以为全球军事、民用和商业用户提供定位功能

GPS项目由美国国防部于1973年启动，1978年发射了第一颗原型航天器，拥有24颗卫星的完整系统，最初限于美国军方使用，1980年开始GPS为全球的军事、民用和商业用户提供定位功能。随着GPS的发展GPS已经发展到Block IIIA系列，该系列预计将发射10颗卫星，最后一颗定于2023年第二季度。"洛克希德·马丁公司的GPS III卫星的精度将提高三倍，而抗干扰能力将提高八倍，航天器的寿命将延长至15年，比今天最新的在轨GPS卫星长25％。GPSIII的新型L1C民用信号也将使其成为首个广播与其他国际全球导航卫星系统（如伽利略）兼容信号的GPS卫星，改善了平民用户的连接性。"

这24颗GPS卫星每12小时绕地球一周，从每个卫星发送一个同步信号。由于卫星沿不同方向移动，因此地面上的用户在略微不同的时间接收信号，当至少有四颗卫星与接收器接触时，接收器可以计算出用户所在的位置。

但是，GPS是由美国政府运营的，它可以有选择地，拒绝向某些区域发射定位信号，从而限制对系统的访问（如1999年卡吉尔战争期间印度军队所经历的那样），或随时降低服务质量。
GPS的工作原理——基于时间和卫星的已知位置

GPS卫星均匀分布在总共六个轨道上。卫星和轨道的空间分布确保了在几乎任何时候都可以从地球上几乎任何地方同时看到至少八颗卫星。GPS卫星以大约20,000公里的高度环绕地球。GPS基于时间和卫星的已知位置。卫星携带非常稳定的原子钟，原子钟与地面钟同步。每天在地面上保持的任何时间偏差都会得到纠正。同样，卫星位置也非常精确。每颗GPS卫星持续发射包含当前时间和有关其位置的数据的无线电信号。可以使用称为GPS接收器的特殊接收器接收此信息，该接收器可以检测和解码该信息。

由于无线电波的速度是恒定的，并且与卫星速度无关，因此卫星发送信号与接收器接收信号之间的时间延迟与卫星到接收器的距离成正比。GPS接收器根据接收到的多颗卫星数据，可以确定接收器的精确位置及其与真实时间的偏差。但是接收器必须至少有四颗卫星才能计算出四个未知量
GPS如何实现定位——操作基于"三边测量"数学原理

全球定位系统的工作/操作基于"三边测量"数学原理。GPS接收器从每个GPS卫星获取信号。卫星发送信号的确切时间，通过从接收到的时间中减去发送信号的时间，GPS可以知道信号与每个卫星的距离。当卫星发送信号时，GPS接收器还知道卫星在天空中的确切位置。因此，考虑到来自三颗卫星的GPS信号的传播时间及其在天空中的确切位置，GPS接收器可以从三个维度（东，北和海拔）确定接收器的位置。为了计算GPS信号到达的时间，GPS接收器需要非常准确地知道时间，GPS卫星具有原子钟，可以保持非常精确的时间，但是为GPS接收器配备原子钟是不可行的。但是，如果GPS接收器使用来自第四颗卫星的信号，则它可以求解方程式，从而确定原子钟的准确时间，而无需使用原子钟。

根据到卫星的距离测量值确定位置。这四个卫星用于确定接收器在地球上的位置。并且使用三颗卫星来跟踪位置。第四颗卫星用于确认这些航天器中每一个的目标位置。GPS接收器从卫星获取信息，并使用三角测量法确定用户的确切位置。如果GPS接收器只能从3颗卫星获得信号，仍然可以获取位置，但准确性会降低。

第一颗卫星将定位在球体上的某个位置。第二颗卫星将位置缩小到由两个卫星球体的交点创建的圆。第三颗卫星将选择减少到两个可能的点。最后，第四颗卫星有助于计算时间和位置校正，并选择其余两个点之一作为接收器的位置。

GPS系统为什么支持这么多设备

GPS卫星不是双向通讯器。GPS卫星所做的只是根据其机载原子钟发送时间和位置。GPS接收器通过收听多个GPS卫接收传输，并执行计算以确定其位置。每个卫星都位于不同的位置，因此接收器将在略有不同的时间获得相同的原子时钟信号。通过比较信号之间的差异，接收器可以确定其位置。

GPS卫星仅在全球范围内传输，就像无线电传输一样，可以接收多少设备没有限制。无论是一个GPS接收器正在监听还是十亿个GPS接收器正在监听，对卫星都没有影响——卫星只是在不断广播时间。GPS的通信模式与一组广播电台可以一次为数百万个设备（称为广播电台）提供服务的方式相同。

就像一个调频广播电台。它只是广播。可能有一千个听众，可能有两千万。在FM电台的范围内，许多听众可以随意收听。FM电台没关系！
其他国家的全球定位导航系统？

因为全球定位导航系统在军事和民用中起到了巨大作用，并且由于GPS系统受美国主导，受美国政府控制，虽然在2000年，比尔·克林顿总统批准关闭这种"选择性服务"，但是一些国家已经开发或正在建立其他全球或区域卫星导航系统。

俄罗斯的全球导航卫星系统（GLONASS）是与GPS同步发展的，但是直到2000年代中期，它的全球覆盖范围仍然不完整；

我国的北斗导航卫星系统于2018年开始全球服务，计划于2020年全面部署；

此外，还有欧盟伽利略定位系统，有14颗卫星在轨；

印度的NavIC系统，有7颗在轨卫星；

日本的准天顶卫星系统（QZSS）是一个基于GNSS卫星的增强系统，旨在提高GNSS在亚洲大洋洲的精度，卫星导航独立于GPS计划于2023年进行。
写在最后

全球定位系统是一种卫星导航系统，可在所有气候条件下为用户提供位置和时间信息。GPS也用于飞机、轮船、汽车的导航。该系统为全球的军事和民用用户提供了关键的功能，在民用、军事和商业上有着广泛的应用。

但是GPS也有缺点：

· 与无线电信号相比，GPS卫星信号太弱，因此在室内，水下，树下等情况下无法正常工作。

· 不能提供高精度定位，这就是为什么GPS在城市环境中无法很好地工作的原因。

我国也认识到了卫星导航的重要性，开发出了北斗系统，就在昨天5月13日，北斗卫星导航系统第45颗卫星近日正式入网工作，接替北斗卫星导航系统第3颗卫星。距离北斗三号系统建成，仅一步之遥。