为什么美国仅用24颗卫星，就能覆盖全球，而中国北斗要发射39颗？

美国的GPS，全名叫全球定位系统，是全球导航系统的老大哥，1970年代就开始搞了，1990年代全面投入使用。

它的核心设计是24颗卫星，跑在中地球轨道，高度大约20，200公里。

这些卫星被平均分在6个轨道平面上，每个平面4颗，轨道倾角55度。

GPS的设计目标是：地球上任何地方、任何时间，至少能收到4颗卫星的信号。

为什么是4颗呢？

«——【·美国超绝领先者·】——»

因为地球上的位置，需要用经度、纬度和高度这三个信息来确定，这就好比在一个三维空间里找到属于自己的那个点。

而卫星定位的过程，就像是一场数学解谜游戏。

假设卫星是已知位置的点，我们手中的GPS接收器是需要求解位置的未知点。

通过测量GPS接收器到卫星的距离，就能利用几何原理来确定自己的位置。

理论上，用三颗卫星就可以构建出三个方程式，尝试解出经度、纬度和高度这三个未知数。可实际情况远比想象复杂。

卫星上携带的原子钟虽然极其精准，但在长时间运行过程中，与地球上GPS接收器的时钟相比，还是会产生微小的误差。

别小看这一点点时间偏差，由于卫星信号是以光速传播，在这微小的时间差里，信号传播的距离可就会出现不小的偏差，最终导致定位结果出现较大误差。

这时候，第4颗卫星的作用就凸显出来了。

第4颗卫星可以提供额外的信息，用于解算出卫星时钟与GPS接收器时钟之间的时间偏差。

这样一来，就多了一个方程式，四个方程式联立求解，就能准确得出经度、纬度、高度以及时间偏差这四个未知数，从而精准定位出用户在地球上的位置。

而且，GPS系统还考虑到了各种意外情况。

在某些特殊环境下，比如高楼林立的城市峡谷中，部分卫星信号可能会被遮挡。

又或者在山区，信号容易受到山体阻挡而减弱或中断。

但凭借至少4颗卫星信号的保障，即便有个别卫星信号出现问题，其他卫星的信号依然能够维持定位功能，只是定位精度可能会受到一定影响。

而在绝大多数正常情况下，地球上任意角落的用户，基本都能接收到多于4颗卫星的信号。

这就使得GPS系统可以根据这些冗余信号，进一步优化定位算法，提升定位的精准度和可靠性。

此外，GPS系统中还预留了几颗备用卫星。

这些备用卫星就像是时刻待命的“替补队员”，一旦主卫星出现故障，它们能够迅速挺身而出，接替故障卫星的工作，确保整个系统的稳定运行，维持全球覆盖的服务质量。

可以说在20世纪八九十年代，全球导航领域几乎是美国GPS的天下。

就连中国当时也依靠美方的GPS，直到1996年那场‘导航羞辱’事件，让中国明白，唯有自己才靠着住。

«——【·咬牙砸千亿只为建北斗·】——»

1996年，台海局势剑拔弩张，解放军进行大规模军事演习，向台湾附近海域发射导弹以作威慑。

然而，令人意想不到的状况发生了。

除第一枚导弹命中目标外，后续导弹严重偏离，不知所踪。

事后调查发现，竟是美国悄然关闭了该区域的GPS信号，让我国导弹瞬间“迷失方向”。

这让中国深刻意识到，导航系统关乎国家安全命脉，依赖他国技术，无疑是将自己的安危拱手让人，实现导航技术自主迫在眉睫。

所以自20世纪后期，中国便已开始探索适合自身国情的卫星导航系统发展道路，逐步规划出“三步走”的宏伟战略。

1994年，北斗一号系统建设正式启动，尽管当时国内科研条件艰苦，技术基础薄弱，但科研人员们怀揣着一腔热血，迎难而上。

2000年，两颗地球静止轨道卫星成功发射，北斗一号系统初步建成并投入使用，实现了中国卫星导航从无到有的重大跨越，让中国成为世界上第三个拥有卫星导航系统的国家。

至于北斗系统为什么要39颗卫星，不是美国比我们厉害，而且我们上不去了！

«——【·先登先占原则·】——»

我们看美国的“星链计划”就知道了。

这是美国太空探索技术公司提出的，按照有关文件的规划，该公司打算向太空发射多达4.2万颗卫星。

这一计划公布后，瞬间在全球范围内引发轩然大波。

要知道，太空轨道资源看似广阔无垠，实则十分有限。

这么多卫星一股脑儿地往天上送，把近地轨道挤得满满当当，其他国家的卫星还怎么上去呢？

这就好比在一个有限的停车场里，某个人把所有好位置都占了，别人自然就没地儿停了。

所以这两个意思是一样的，在北斗系统规划建设的时候，近地轨道的“好位置”早就被美国、俄罗斯等国家的定位系统卫星占据了。

我们没办法，只能另辟蹊径，选择更高的轨道去搭载定位系统卫星。

可高轨道也有高轨道的问题，信号传播距离更远，衰减也更厉害，为了达到和低轨道卫星类似的覆盖效果和定位精度，就不得不增加卫星数量。

所以，这才是北斗系统需要39颗卫星的原因之一。

从系统架构来看，北斗采用了地球静止轨道、倾斜地球同步轨道和中圆地球轨道三种轨道卫星组成的混合星座布局。

这种复杂的布局，虽增加了卫星数量需求，却带来诸多优势。

在亚太地区，北斗信号强度比GPS高出30%。北斗三号全球实测定位精度可达2-3米，通过星基增强，精度更是能达到厘米级。

而且，北斗具备60天无地面站支持的自主运行能力，在面对极端情况时，有着更强的可靠性和抗毁伤能力。

所以，北斗卫星数量多于GPS，并非技术不如人，而是在特定历史条件、轨道资源限制下，做出的最优选择。

虽然北斗系统的卫星数量相对较多，但北斗系统凭借其独特的轨道配置、丰富的功能以及在定位精度、信号稳定性和抗干扰能力等方面的优势，为全球用户提供了更加优质、可靠的服务。