GLONASS（俄羅斯的全球定位系統(tǒng)）、GPS（美國）、 COMPASS（即北斗，中國）的一部分和Galileo（歐洲）的衛(wèi)星都運行在地球中軌道(MEO)，高度分別為19,100km、20,200km、21,500km 、23222km。別家需要全球覆蓋的的衛(wèi)星數(shù)目分別為24、24和27。
北斗和伽利略一樣用了27顆地球中軌道衛(wèi)星，一個原因是因為他們的軌道高一些，需要略多數(shù)目保證衛(wèi)星離接收機(jī)不太遠(yuǎn)，另一個主要原因是這些衛(wèi)星的軌道同GPS不同，只有3個軌道面，每個軌道面9顆，軌道面之間為相隔120°均勻分布。這種分布方式是北斗需要比GPS多3個衛(wèi)星的原因。
首先，軌道越高，所需衛(wèi)星總數(shù)越少，因為每個衛(wèi)星覆蓋的面積更大。原答案中“需要略多數(shù)目保證衛(wèi)星離接收機(jī)不太遠(yuǎn)”是完全錯誤的。北斗和 Galileo 會適當(dāng)增大衛(wèi)星發(fā)射功率以保證地面接收到信號的信噪比，而不是增加衛(wèi)星數(shù)。
其次，GPS 六個軌面，并不一定比北斗和 Galileo 的三軌面設(shè)計更優(yōu)。事實上，四大 GNSS 系統(tǒng)，只有 GPS 用了六軌面，其他三個系統(tǒng)都采用了三軌面。下面這篇論文詳細(xì)說了為什么 Galileo 選擇了三軌面。
最后，我來簡單回答一下為何北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)需要 35 顆衛(wèi)星才能覆蓋全球，而 GPS 只要 24 顆就夠了。關(guān)鍵在于如何定義“夠”。
在設(shè)計 GPS 的時候，“夠”的定義是保證地球上任何地點任何時間都可以定位——能看到至少 4 顆衛(wèi)星。按照這個要求，在六軌面和軌道高度 20,200km 的前提下，只要 21 顆衛(wèi)星就夠了。所以，GPS 選擇了 21 工作衛(wèi)星 + 3 備份衛(wèi)星的基礎(chǔ)星座。同時代的 GLONASS 的設(shè)計是三軌面 21 工作衛(wèi)星 + 3 備份衛(wèi)星，同樣可以保證全球任何時間都能看到至少 4 顆衛(wèi)星。
在實際運行中（1990 年到現(xiàn)在），GPS 衛(wèi)星數(shù)總是多于 24 顆，很多時候有 32 顆在天上，超過 30 顆可用。這樣，地球上很多地方都能看到 8 顆以上衛(wèi)星（開闊地、無遮擋）。人們發(fā)現(xiàn)多出來的衛(wèi)星可以提高 Geometric Dilution of Precision (GDOP) 進(jìn)而提高準(zhǔn)確度（accuracy），并且可以通過 RAIM (Receiver autonomous integrity monitoring) 提高完好度（integrity）。RAIM 需要至少 6 顆衛(wèi)星才能有較好的性能。
所以，在設(shè)計北斗和 Galileo 時，“夠”就不僅僅是任何地點任何時間都可以定位，而是要提供盡可能高的 RAIM 可用性（availability），所以 Galileo 和北斗 MEO 都使用了 27 工作衛(wèi)星 + 3 備份衛(wèi)星的星座設(shè)計。北斗額外加了 5 顆 GSO 衛(wèi)星提高亞太地區(qū)的性能。（轉(zhuǎn)自網(wǎng)絡(luò)）
