Jak funguje přesnost GPS

Družice, hodiny a trilaterace

GPS je soustava zhruba 31 družic (doplňují ji evropské Galileo, ruský GLONASS a čínský BeiDou — moderní telefony využívají všechny čtyři) obíhajících ve výšce asi 20 200 km. Každá vysílá mimořádně přesnou časovou značku z palubních atomových hodin. Váš telefon změří, jak dlouho každý signál letěl; vynásobíte rychlostí světla a máte vzdálenost ke každé družici. Jedna vzdálenost vás umístí na kulovou plochu, dvě na kružnici, tři na dva body — a čtvrtá družice rozhodne jak o výsledném bodě, tak o chybě hodin samotného přijímače. Proto je pro jedno „zaměření“ potřeba nejméně čtyři družice a proto první zaměření po pobytu v budově trvá nejdéle: přijímač si teprve stahuje data o drahách jednotlivých družic.

Odkud se bere chyba

Každý metr chyby je problém měření času v řádu nanosekund. Signál nepředvídatelně zpomaluje při průchodu ionosférou a troposférou (2–5 m chyby), hodiny a dráhy družic se mírně odchylují (±2 m) a — ve městech ta největší potíž — signály se cestou k vám odrážejí od skla a betonu. Vícecestné šíření znamená, že telefon změří čas odrazu místo přímého paprsku, a proto přesnost v městském kaňonu klesne až na 30–50 m, zatímco na otevřeném poli vyjde 3 m. Koruny stromů, vaše vlastní tělo, a dokonce i držení telefonu nízko u pasu přidávají menší verze téhož problému.

Nadmořská výška se měří stejně, ale její chyba je zhruba 1,5–3× větší než ta vodorovná, protože všechny družice jsou nad vámi — zdola řešení nic neomezuje. Proto náš nástroj pro nadmořskou výšku nabízí vedle hodnoty z GPS i odečet z modelu terénu.

Co vlastně znamená kružnice přesnosti

Kružnice kolem vaší tečky je statistické tvrzení, ne hranice: obvykle se kreslí tak, aby skutečná poloha ležela uvnitř s pravděpodobností asi 68 %. Kružnice o 20 m neznamená, že se mýlíte o 20 m — znamená, že vlastní odhad chyby přijímače, spočítaný z kvality signálu a geometrie družic, je 20 m. Geometrie váží stejně jako síla signálu: když se viditelné družice shluknou v jedné části oblohy (mluví se pak o vysokém znehodnocení přesnosti, zkráceně DOP), z malých chyb v čase vzniknou velké chyby v poloze — tak jako se dvě téměř rovnoběžné přímky protínají nepřesně.

Telefony podvádějí — a je to dobře

Poloha z telefonu je málokdy čistá GPS. Assisted GPS (A-GPS) stáhne dráhy družic po síti, takže přijímač přeskočí pomalé prohledávání oblohy; určování polohy přes Wi-Fi porovnává okolní přístupové body s komunitně sbíranými mapami (uvnitř budov na ~15–40 m); vysílače mobilní sítě dají okamžitě hrubý odhad 100 m–3 km. Váš operační systém to všechno slučuje s akcelerometrem a kompasem, a proto tečka někdy skokem přeskočí jinam: slučovací algoritmus si to rozmyslel a začal věřit jinému zdroji. Když si na tomto webu ověříte svou polohu, prohlížeč nám předá to, co spojením zdrojů vytvořil systém — a my poctivě ukážeme jím hlášenou přesnost, místo abychom předstírali přesnost, kterou nemá.

Jak získat lepší polohu

Praktické kroky, seřazené podle účinku: dostaňte se pod otevřenou oblohu (i pouhý krok stranou od zdi domu pomůže víc než cokoli jiného); dejte poloze 30–60 sekund, ať se ustálí, místo abyste četli první odhad; vypněte úsporné režimy určování polohy, které potichu přepnou na hrubé zdroje; a při dlouhém záznamu, třeba s naším GPS tachometrem, nechte zapnutou obrazovku a telefon nezakrytý — mnoho telefonů po zamknutí GPS omezuje. Když se dvě zařízení neshodnou, věřte tomu s menší kružnicí přesnosti a pamatujte, že v mezích, které samy uvádějí, mohou mít pravdu obě. Chcete-li místo sdílet přesně bez ohledu na šum GPS, použijte formáty souřadnic ze stránky o souřadnicích GPS — Plus Code ani označení MGRS nikam neuteče.