由于 GPS 系统的运行方式，答案很复杂，所以我将简化一些事情，以便您了解原理，但如果您对它的实际实施方式感兴趣，您需要找到一个好的 GPS参考。换句话说，下面写的内容旨在让您了解它的工作原理，但在某些方面在技术上是错误的。以下内容不足以实现您自己的 GPS 软件。

背景

所有卫星都以基本相同的频率进行传输。从技术上讲，他们正在遍历彼此的信号。

那么 GPS 接收器是如何处理这个问题的呢？

首先，每颗卫星每毫秒发送不同的信息。该消息长 1024 位，由伪随机数生成器生成。

GPS接收器接收所有发射器的整个频谱，然后执行一个称为相关的过程——它生成其中一颗卫星的特定序列，将其乘以信号输入，如果其信号与卫星信号完全匹配，则相关器发现了一颗卫星。混合基本上将卫星信号从噪声中提取出来，并验证了 1）我们有正确的序列和 2）我们有正确的时间。

但是，如果它没有找到匹配，它必须将其信号移动一位并重试，直到它经过所有 1023 位周期并且没有找到卫星。 然后它继续尝试在不同的时期检测不同的卫星。

由于时移（1023 位，每秒 1,000 次传输），理论上它可以在一秒钟内完全搜索代码以找到（或确定什么都没有）特定代码。

由于代码移位（目前有 32 种不同的 PRN 代码，每颗卫星各一个），因此搜索每颗卫星可能需要 30 多秒。

此外，由于卫星的速度相对于您的地速，多普勒频移意味着时基可能会移动多达 +/- 10kHz，因此需要搜索大约 40 个不同的频移来寻找相关器，然后才能放弃特定的 PRN 和时间。

这意味着什么

这给我们留下了一个可能的最坏情况（一颗卫星在空中，我们首先尝试除了完全匹配之外的所有东西）首先修复冷启动的时间（即，没有关于接收器的时间或位置的信息，或卫星的位置）32 秒，假设我们不做任何假设，或执行任何巧妙的技巧，接收到的信号是好的，等等。

但是，如果您有两个相关器，您只需将时间减半，因为您可以一次搜索两颗卫星。在工作中获得 12 个相关器，只需不到几秒钟的时间。获得一百万个相关器，理论上可能需要几毫秒。

为了营销，每个相关器都被称为“通道”。 这并非完全错误 - 从某种意义上说，相关器一次解调一个特定的编码频率，这本质上是无线电接收器在您切换频道时所做的事情。

但是，GPS 接收器可以做出很多假设，以简化问题空间，以便通用 12 通道接收器可以在最坏的情况下在大约 1-3 分钟内得到修复。

虽然您可以使用 4 通道 GPS 获得 3D 定位，但当您失去 GPS 信号（超出地平线，或您在桥下等）时，您将失去 3D 定位并使用三颗卫星进行 2D 定位，而其中一颗卫星您的频道将返回相关模式。

现在您的接收器开始下载星历和历书，这使接收器可以非常智能地搜索信号。大约 12 分钟后，它确切地知道哪些卫星应该在视野中。

因此搜索进行得很快，因为您知道每颗卫星的位置和代码，但在您真正找到一颗新卫星之前，您仍然只有二维定位。

但是，如果您有一个 12 通道接收器，您可以使用 4 个最强的通道来提供您的修复，几个通道可以锁定备用卫星，以便在需要时将计算切换到它们，以及几个通道来继续搜索卫星接收者应该可以看到。通过这种方式，您永远不会丢失完整的 3D 修复。

既然您最多只能看到 12 颗卫星，为什么还需要 12 个以上的频道呢？

在任何给定时间，大约有 24 颗 GPS 卫星在运行，这意味着在地球上的一个点上，您实际上只能看到其中的一半。

但请记住 - 每个相关器只能搜索一颗卫星，因此将相关器增加到 12 个以上的主要原因是为了缩短首次修复的时间，而改进的主要原因是功耗。

如果您的 GPS 芯片组必须一直供电，则一直需要消耗 100mW 的功率。但是，如果您只需要每秒打开一次，每次只需 10mS，那么您只需将功耗降低到 1mW。这意味着您的手机、定位信标等可以在同一组电池上运行两个数量级更长的时间，同时仍保持对其位置的完全实时定位。

此外，有了数百万个相关器，人们可以进行更精确的搜索，这有助于减少城市峡谷中无线电反射的影响（大城市的高楼过去常常用较少的相关器来破坏 GPS 接收器）。

最后，虽然只需要 4 颗卫星即可获得 3D 定位，但良好的接收器在其位置算法中使用更多卫星以获得更准确的定位。所以只需要一个4通道的接收器，但是一个12通道的接收器可以获得更高的精度。

结论

所以数以百万计的相关器：

• 加速卫星采集
• 降低功耗
• 即使在城市峡谷中也能减少丢失 3D 修复的可能性
• 提供更好的灵敏度，允许在茂密的森林甚至某些隧道中进行修复
• 提供更好的定位精度

_{^{感谢 borzakk 的一些更正。}}

您需要一个频道，每个频率，每个卫星。

大多数廉价接收器（如手机或汽车中的接收器）仅跟踪 GPS 卫星的 L1 频率。如果您想要准确度，您需要跟踪每颗卫星的两个频率，以便更准确地确定电离层延迟。如果您想在有部分障碍物的区域获得更好的覆盖，您需要跟踪的不仅仅是 GPS 卫星。

目前有 32 颗 GPS 卫星在轨，截至上周，其中 31 颗处于健康状态。由于仰角掩码，接收器将看到不到一半的卫星，这意味着它忽略了地平线以上小于 5 度的任何卫星。仰角遮罩可以设置得更高 - 8 度或 10 度是常见的。这些卫星中的每一个都在 L1 和 L2 频率上广播，而一颗 GPS 卫星目前正在 L5 上广播（处于测试模式）。所有未来的 GPS 卫星也将支持 L5，最终您的普通廉价接收器将使用 L5 而不是 L1。在您看到 L5 在廉价设备上取代 L1 之前，可能要到 2020 年。

俄罗斯还有一个名为 GLONASS 的全球定位卫星星座。目前有 27 个 GLONASS 卫星在轨道上。截至上周，23 台处于健康状态，3 台处于维护模式，1 台处于调试模式。所有 GLONASS 卫星都在两个频率上广播 - L1 和 L2。

欧洲和中国也在建设星座。

如果要使用 WAAS 校正数据，则需要一个 SBAS 通道。

如果您想使用 OmniStar 或加拿大的 CDGPS，您需要一个频道。

我最熟悉的接收器跟踪以下频道：

• 14 个 GPS L1 通道
• 14 个 GPS L2 通道
• 6 个 GPS L5 通道
• 12 个 GLONASS L1 通道
• 12 个 GLONASS L2 通道
• 2 个 SBAS 通道（WAAS 或 EGNOS）
• 1 个 L 波段通道（OmniStar 或 CDGPS）

最新一代的高端接收机还为欧洲和中国星座提供了额外的频道。

为什么超过 12 个频道？

导航接收器内的频道数量绝对不仅仅是营销噱头。这是一个问题，您可以并且想要处理多少数据以使用各种类似类型的不同导航系统。请记住，该卫星系统可用于多种应用（船舶导航、汽车导航、铁路导航和飞机导航、大地测量学、计时、地球监测、建筑物电离层、天气预报等等。 ..），因此接收器的种类（支持不同的频道）也很广泛。

当前的高端大地 GNSS 接收器（用于多星座）提供超过 216 个和多达 440 个通道。用于移动应用的接收器使用 66-200 个通道。通道的数量也与相关器的数量有关。每个通道可以有自己数量的相关器。确实，减少搜索空间的相关器数量对于获得良好且稳定的 TTF（首次修复时间）很重要。

非常重要-这在亚当戴维斯的回答中有所描述：每个卫星的每个信号都需要一个通道。由于导航信号的设计各不相同（不同的信号强度、调制、带宽等），因此您必须准备好接收器，使其能够用于您想为您的定位解决方案添加的任何导航系统。

让我们对不同类型的导航系统做一个小概述：

导航系统：

• 全球定位系统（美国）
• 格洛纳斯（俄罗斯）
• 北斗/COMPASS（中国）
• 伽利略（欧洲）

... 以及使用相同/相似频率和导航消息的增强系统和区域导航系统，可用于相同的信号采集技术：

• QZSS（区域系统：日本，准静止）
• IRNSS（区域系统。印度）
• EGNOS（欧洲增强系统）
• WAAS（美国增强系统）
• OMNISTAR（私人增强系统）

因此，让我们数数并回到每个卫星/每个信号的讨论（摘录）：

• GPS：L1、L2、L5（L5 计数 2 次，因为信号内部有子通道 - 例如 I（同相）和 Q（四相）分量）
• GLONASS：L1 L2 L3（GLONASS 也使用子信道进行码分多址 (CDMA) 信号采集）
• 伽利略（E1、E6（安全信号）、E5a E5b E5a+b（宽带信号））
• 请参阅每个系统的当前信号计划以及接收器概述（进一步阅读）

因此，如果您想使用 L1 和 L2 以及 L5a+b 跟踪一个 GPS 卫星，您需要 4 个通道。对于第一个修复，您需要 4 个卫星，这意味着，您需要 8 个通道仅用于直接的 poisiotn 解决方案，没有任何冗余。GPS 卫星越多，冗余（和完整性）就越多。加快速度：在此配置中，您只能使用 L1/L2 和 L5 跟踪 5 个 GPS 卫星。据我了解，这是一个弱解决方案。但是，如果您只考虑 L1 测量值，那么您可以跟踪 12 颗卫星。因此，通道越多，接收器（或基带处理器）的工作量就越大。这属于你的芯片的能力——……当然还有对你的应用程序有用的观察和数据的数量。在任何时候，问题必须是：

1. 我的申请需要什么？
2. 我需要多少数据才能获得可靠的解决方案？
3. 我必须具备多少处理能力才能获得可靠的解决方案？
4. 我想要/必须控制我的解决方案多少？

进一步阅读：

• 来自 ESA 的非常好的接收器描述
• 2014 年 GNSS 接收机调查
• 单板多星座接收机文章（GPS World）
• 阿维拉-罗德里格斯等人。(2007)：MBO 调制，Indside GNSS，2(6):43-58（在线）
• 郭等人。(2013)：构建宽带多星座接收器，GPS 世界，24(3):36-42
• 伽利略信号计划
• GPS信号计划
• GLONASS 信号计划
• 指南针信号计划

第一个答案已经很好了。我只有一件事要补充。从事 GPS 软件 2 年，我知道要跟踪一颗卫星，需要 6 个相关器。那是因为 GPS 卫星信号有两个分量（I 和 Q 分支，排序就像用正弦和余弦表示复信号）。对于每个分支，必须生成延迟的、准时的和高级的伪随机数序列，并计算它们与卫星信号的相关性。因此，为了仅跟踪 L1 信号的 12 个通道，需要 12 x 6 个相关器。如果您还想做 L2C、L5 或 Galileo，则需要更多相关器。