Jak działa dokładność GPS

Satelity, zegary i trilateracja

GPS to konstelacja około 31 satelitów (dołączają do niej europejskie Galileo, rosyjski GLONASS i chiński BeiDou — nowoczesne telefony korzystają ze wszystkich czterech) krążących na wysokości mniej więcej 20 200 km. Każdy nadaje niezwykle dokładny znacznik czasu z pokładowego zegara atomowego. Twój telefon mierzy, jak długo leciał do niego każdy sygnał; po pomnożeniu przez prędkość światła otrzymujesz odległość do każdego satelity. Jedna odległość umieszcza Cię na sferze, dwie — na okręgu, trzy — w dwóch punktach, a czwarty satelita rozstrzyga zarazem, który to punkt i jaki błąd ma zegar samego odbiornika. Dlatego „ustalenie pozycji” wymaga co najmniej czterech satelitów i dlatego pierwsze ustalenie po wyjściu z budynku trwa najdłużej: odbiornik dopiero pobiera dane orbitalne każdego satelity.

Skąd bierze się błąd

Każdy metr błędu to problem pomiaru czasu w skali nanosekund. Sygnał w nieprzewidywalny sposób zwalnia, przechodząc przez jonosferę i troposferę (2–5 m błędu), zegary i orbity satelitów lekko dryfują (±2 m), a — i to jest największa sprawa w miastach — sygnały odbijają się od szkła i betonu, zanim do Ciebie dotrą. Efekt wielodrogowości oznacza, że telefon mierzy czas odbicia zamiast promienia bezpośredniego; dlatego w kanionie ulic dokładność potrafi spaść do 30–50 m, podczas gdy na otwartym polu wynosi 3 m. Korony drzew, Twoje własne ciało, a nawet trzymanie telefonu nisko dokładają mniejsze wersje tego samego problemu.

Wysokość mierzy się tak samo, ale jej błąd jest mniej więcej 1,5–3× większy niż poziomy, bo wszystkie satelity są nad Tobą — nic nie ogranicza rozwiązania od dołu. Dlatego nasze narzędzie do sprawdzania wysokości podaje obok wartości z GPS także odczyt z modelu terenu.

Co naprawdę znaczy okrąg dokładności

Okrąg wokół Twojej kropki to stwierdzenie statystyczne, a nie granica: zwykle rysuje się go tak, by prawdziwe położenie znalazło się w środku z prawdopodobieństwem około 68%. Okrąg o promieniu 20 m nie oznacza, że mylisz się o 20 m — oznacza, że własne oszacowanie błędu odbiornika, wyliczone z jakości sygnału i geometrii satelitów, wynosi 20 m. Geometria liczy się tak samo jak siła sygnału: jeśli widoczne satelity skupiają się w jednej części nieba (mówi się wtedy o wysokim rozmyciu dokładności, w skrócie DOP), małe błędy czasu zamieniają się w duże błędy położenia — tak jak dwie prawie równoległe proste przecinają się niechlujnie.

Telefony oszukują — i dobrze

Pozycja w telefonie rzadko pochodzi z samego GPS. Assisted GPS (A-GPS) pobiera orbity satelitów przez sieć, dzięki czemu odbiornik pomija powolne przeszukiwanie nieba; pozycjonowanie Wi-Fi dopasowuje pobliskie punkty dostępowe do map budowanych społecznościowo (w budynkach z dokładnością ~15–40 m); stacje bazowe sieci komórkowej dają natychmiast zgrubne oszacowanie 100 m–3 km. Twój system operacyjny łączy to wszystko z akcelerometrem i kompasem, dlatego kropka czasem przeskakuje w nowe miejsce: algorytm fuzji zmienił zdanie co do tego, któremu źródłu ufać. Gdy sprawdzasz na tej stronie swoją lokalizację, przeglądarka przekazuje nam to, co wyliczyła fuzja w systemie — a my uczciwie pokazujemy zgłoszoną przez nią dokładność, zamiast udawać precyzję, której nie ma.

Jak uzyskać lepszą pozycję

Praktyczne kroki, od najskuteczniejszego: wyjdź pod otwarte niebo (nawet odsunięcie się od ściany budynku pomaga bardziej niż cokolwiek innego); daj pozycji 30–60 sekund na ustabilizowanie się, zamiast odczytywać pierwsze oszacowanie; wyłącz oszczędne tryby lokalizacji, które po cichu przełączają się na zgrubne źródła; a przy długich nagraniach, na przykład naszym prędkościomierzem GPS, trzymaj włączony ekran i nie zasłaniaj telefonu — wiele telefonów ogranicza GPS po zablokowaniu. Jeśli dwa urządzenia pokazują co innego, zaufaj temu z mniejszym okręgiem dokładności i pamiętaj, że w podanych granicach oba mogą mieć rację. Aby udostępnić miejsce precyzyjnie mimo szumu GPS, użyj formatów współrzędnych ze strony o współrzędnych GPS — Plus Code czy odniesienie MGRS nie dryfują.