Hoe GPS-nauwkeurigheid werkt

Satellieten, klokken en trilateratie

GPS is een constellatie van ongeveer 31 satellieten (aangevuld door het Europese Galileo, het Russische GLONASS en het Chinese BeiDou — moderne telefoons gebruiken alle vier) die op zo'n 20.200 km hoogte om de aarde draaien. Elk daarvan zendt een uiterst nauwkeurig tijdstempel uit van een atoomklok aan boord. Je telefoon meet hoe lang elk signaal onderweg was; vermenigvuldig dat met de lichtsnelheid en je hebt de afstand tot elke satelliet. Eén afstand zet je op een bol, twee op een cirkel, drie op twee punten — en een vierde satelliet lost zowel het definitieve punt als de klokfout van je eigen ontvanger op. Daarom heeft een 'fix' minstens vier satellieten nodig, en daarom duurt de eerste fix nadat je binnen bent geweest het langst: de ontvanger is dan nog de baangegevens van elke satelliet aan het downloaden.

Waar de fout vandaan komt

Elke meter afwijking is een tijdmeetprobleem op nanosecondeschaal. Het signaal vertraagt onvoorspelbaar op weg door de ionosfeer en de troposfeer (2–5 m fout), satellietklokken en -banen driften een beetje (±2 m) en — de grootste boosdoener in de stad — signalen kaatsen tegen glas en beton voordat ze jou bereiken. Dat multipath-effect betekent dat je telefoon de looptijd van een weerkaatsing meet in plaats van die van de directe straal, en daarom kan de nauwkeurigheid tussen hoge gebouwen teruglopen tot 30–50 m terwijl een open veld 3 m geeft. Bladerdak, je eigen lichaam en zelfs de telefoon laag houden zorgen voor kleinere varianten van hetzelfde probleem.

De hoogte wordt op dezelfde manier bepaald, maar heeft ruwweg 1,5–3× de horizontale fout, omdat alle satellieten boven je staan — van onderaf legt niets de oplossing vast. Daarom geeft onze hoogtetool naast de GPS-waarde ook een aflezing uit een terreinmodel.

Wat de nauwkeurigheidscirkel eigenlijk betekent

De cirkel om je stip is een statistische uitspraak, geen grens: hij wordt meestal zo getekend dat de echte positie er met ongeveer 68% kans binnen ligt. Een cirkel van 20 m betekent niet dat je er 20 m naast zit — hij betekent dat de ontvanger zijn eigen fout, afgeleid uit signaalkwaliteit en satellietgeometrie, op 20 m schat. Geometrie telt net zo zwaar als signaalsterkte: staan de zichtbare satellieten dicht bij elkaar in één deel van de hemel (een hoge dilution of precision), dan groeien kleine tijdfouten uit tot grote positiefouten, zoals twee bijna evenwijdige lijnen elkaar slordig snijden.

Telefoons spelen vals — en maar goed ook

Een fix op een telefoon is zelden puur GPS. Assisted GPS (A-GPS) haalt de satellietbanen via het netwerk op, zodat de ontvanger het trage zoeken aan de hemel overslaat; Wi-Fi-positionering vergelijkt nabije accesspoints met kaarten die gebruikers samen hebben opgebouwd (binnenshuis tot op ~15–40 m); zendmasten geven meteen een grove schatting van 100 m–3 km. Je besturingssysteem versmelt dat allemaal met de versnellingsmeter en het kompas, en daarom springt de stip soms naar een nieuwe plek: de fusiemotor is van gedachten veranderd over welke bron te vertrouwen is. Wanneer je op deze site je locatie opvraagt, geeft de browser ons door wat die fusie heeft opgeleverd — we tonen de opgegeven nauwkeurigheid eerlijk in plaats van te doen alsof er een precisie is die er niet is.

Zo krijg je een betere fix

Praktische stappen, op volgorde van effect: zorg voor een open hemel (alleen al wegstappen van een gevel helpt meer dan wat ook); geef de fix 30–60 seconden om te stabiliseren in plaats van de eerste schatting af te lezen; zet batterijbesparende locatiemodi uit, die stilletjes overschakelen op grove bronnen; en houd bij lange opnames, zoals met onze GPS-snelheidsmeter, het scherm aan en de telefoon vrij — veel telefoons knijpen GPS af zodra het toestel vergrendeld is. Zijn twee apparaten het oneens, vertrouw dan het apparaat met de kleinste nauwkeurigheidscirkel, en bedenk dat ze allebei gelijk kunnen hebben binnen hun opgegeven marges. Wil je een plek precies delen, hoe onrustig het GPS-signaal ook is, gebruik dan de coördinaatnotaties op de pagina met GPS-coördinaten — een Plus Code of MGRS-verwijzing verschuift niet.