gps卫星信号增强（为什么GPS卫星不提升功率来消除）

GPS的民用C/A码从卫星发出来的时候信号只有27W左右，达到地球的时候在-158.5dBW以上。用对数形式表示可能不直观，换算成十进制等于将近0.0000000000000001W，相当小。

GPS对外文件中承诺的最小到达地球信号功率

这么小的GPS信号，到达地球的时候已经完全淹没在噪声之下了。通常，我们描述噪声功率是以功率密度的定义来描述的，噪声功率密度为-204dBW/Hz，也就是说在1Hz内，噪声的能量是-204dBW。下面的图实际上描述的是2MHz内共噪声功率密度-111dBm（-141dBW）左右。那么为什么非要把GPS信号的功率做得这么小？难道不可以把功率增大吗？

GPS信号到达地球功率和自然界噪声功率比较

把GPS信号功率设计成这么小，个人觉得主要基于三方面：1、这点功率已经够用了；2、导航卫星能力限制；3、基于抗干扰考虑。

GPS信号的这点功率虽然低于自然界噪声功率，但是对我们导航定位来说，也够用了。下面手机接收的GPS信号描述的SNR实际上就是GPS信号与噪声功率密度之比Signal Noise Rate的意思，我们所说的C/A码信号达到地球功率是-158.5dBW，那么该值比上噪声功率密度就是SNR=-158.5dBW-（-204dBW/Hz）=45.5dBHz。但是，实际上由于信号处理时引入多余噪声等因素，正式的SNR值一般都会45.5小3dB（接收机噪声系数）左右，而且再加上可能的遮挡，一般都会比42.5dBHz还要小。下面的图显示SNR在40以上就表示优，小于30可能就不可用，要明白这个等级划分，还要从GPS信号的构成说起。

手机接收GPS信号强度实例

GPS的民用C/A码信号由三部分组成：1秒内含有50个比特的导航数据、1秒内含有1.023兆的扩频码、1秒内含有1575.42兆个周期的正弦波，上述三者相乘就得到了C/A码民用信号。而对我们真正有用的是那50比特每秒的导航数据，这些导航数据会告诉我们卫星当前处于哪里、卫星当前是何时间，以供我们导航定位用。我们所说的C/A码信号达到地球功率是-158.5dBW指的是上述三者在1秒内的能量，而对于我们用户接收机解析得到导航数据真正有用的是1个比特的导航数据占据的能量。这个显而易见，经过去除正弦波和扩频码后，-158.5dBW能量分到每1个比特导航数据上就只剩下-178.5dBW了。

GPS信号组成

我们在解析所需要的导航数据时有一个重要的前提量就是1个比特导航数据上的能量跟噪声功率密度之比Eb/N0，因为这个值的大小涉及到导航数据解析出来的时候的误码率的多少。上面说到1个比特导航数据上能量是-178.5dBW，噪声功率密度为-204dBW/Hz，加上接收机自身引入的噪声的话，这个值大概又在-201dBW/Hz了。那么Eb/N0=-178.5dBW-（-201dBW/Hz）=22.5dBHz，这个值下，导航数据的误码率可以做到小于 10 ^-10 。那么，比如说，我们接收到的C/A码功率由于城市高楼、山丘、树木等遮挡，导致接收到的功率变成了-171dBW，这个时候的SNR只有30dBHz了，而Eb/N0也变成了10dBHz，此时的导航数据误码率在 10 ^-6左右。如果接收到的信号再小下去，比如是-179dBW，那么此时SNR=22dBHz，Eb/N0=2dBHz，此时误码率达到 10 ^-2 级别，可能就归入不可用级别。但是，实际处理中，我们认为 10 ^-6 级别的误码率还是可接受的，这样的话接收到的GPS民用C/A码功率还有12.5dB的余量，也就表示够用，不用特地把GPS卫星发射信号的功率提上去。

导航数据误码率和Eb/N0关系

GPS卫星在设计过程中是充分考虑实用性的，它的卫星能源供应不能跟常规的通信卫星相比。以现役的GPS IIF卫星为例，其太阳能帆板提供的功率是1900W，这还是在考虑到随着卫星使用，帆板老化，帆板输出功率还会下降的情况。

GPS IIF系列卫星

之前提到，GPS民用C/A码信号的发射功率是27W左右，这不是说卫星只提供27W就够了。首先GPS不是只有C/A一个信号，还有众多军用信号。其次，想要输出27W功率，必须还要付出相应的热量消耗。

GPS除了C/A码信号外，还有L1 P-Code、L1 M-Code、L1C-I、L1C-Q、L2 P-Code、L2 M-Code、L2C、L5-I、L5-Q等9个信号，也就是说总共10个信号的发射功率有270W左右。

GPS信号数量介绍

其次，GPS等信号在卫星上需要通过一种放大器——行波管放大器，就是下图中间那三个长条状的东西。该放大器是有效率的，一般在50%~55%之间，什么意思呢？就是说你想要输出27W的功率，必须相应地付出27W的热量。所以，仅仅是这10个信号的放大和热量就已经消耗掉540W了。再加上GPS的核爆探测、CrossLink、卫星姿态维持等机器的消耗，1900W的预算是很快就会弄没的。