Как работает точность GPS

Спутники, часы и трилатерация

GPS — это группировка примерно из 31 спутника (к ней добавились европейская Galileo, российская ГЛОНАСС и китайская BeiDou — современные телефоны используют все четыре), которая летает на высоте около 20 200 км. Каждый спутник передаёт предельно точную метку времени со своих бортовых атомных часов. Телефон измеряет, сколько шёл каждый сигнал; умножьте на скорость света — и получите расстояние до спутника. Одно расстояние помещает вас на сферу, два — на окружность, три — в одну из двух точек, а четвёртый спутник определяет и саму точку, и ошибку собственных часов приёмника. Вот почему для определения позиции нужно минимум четыре спутника и почему первое определение после долгого пребывания в помещении занимает дольше всего: приёмник ещё скачивает данные об орбитах каждого спутника.

Откуда берётся погрешность

Каждый метр погрешности — это ошибка времени в наносекундах. Сигнал непредсказуемо замедляется, проходя ионосферу и тропосферу (2–5 м погрешности), часы и орбиты спутников слегка уходят (±2 м), а главная беда в городе — сигнал отражается от стекла и бетона, прежде чем дойти до вас. Из-за этой многолучевости телефон засекает время отражённого луча вместо прямого, поэтому в городском каньоне точность падает до 30–50 м, тогда как в открытом поле она составляет 3 м. Кроны деревьев, ваше собственное тело и даже низко опущенный телефон добавляют то же самое, только в меньшем масштабе.

Высота измеряется так же, но её погрешность примерно в 1,5–3 раза больше горизонтальной: все спутники находятся над вами — снизу решение ничем не ограничено. Поэтому наш инструмент высоты показывает рядом со значением GPS ещё и высоту по модели рельефа.

Что на самом деле означает круг точности

Круг вокруг точки — это статистика, а не граница: обычно его рисуют так, чтобы истинная позиция попадала внутрь примерно в 68 % случаев. Круг радиусом 20 м не означает, что вы ошиблись на 20 м, — он означает, что собственная оценка погрешности приёмника, выведенная из качества сигнала и геометрии спутников, равна 20 м. Геометрия важна не меньше уровня сигнала: если видимые спутники сбились в одной части неба (это называют высоким геометрическим фактором), небольшие ошибки времени превращаются в большие ошибки позиции — так же криво пересекаются две почти параллельные прямые.

Телефоны хитрят — в хорошем смысле

Позиция телефона редко бывает чисто спутниковой. Assisted GPS (A-GPS) скачивает орбиты спутников через сеть, чтобы приёмник пропустил долгий поиск по небу; определение по Wi-Fi сравнивает соседние точки доступа с картами, собранными пользователями (в помещении даёт ~15–40 м); сотовые вышки мгновенно дают грубую оценку в 100 м–3 км. Операционная система сводит всё это вместе с показаниями акселерометра и компаса — поэтому точка иногда перескакивает на новое место: алгоритм объединения передумал, какому источнику доверять. Когда вы проверяете своё местоположение на этом сайте, браузер отдаёт нам то, что получилось у системы, — и мы честно показываем заявленную ею точность, а не делаем вид, что она выше.

Как получить позицию точнее

Что делать, по убыванию пользы: выйдите под открытое небо (даже пара шагов от стены здания даёт больше, чем всё остальное); дайте позиции 30–60 секунд устояться, а не читайте первую же оценку; отключите энергосберегающие режимы геолокации — они незаметно переключают телефон на грубые источники; а при долгих записях, например в нашем GPS-спидометре, держите экран включённым и не закрывайте телефон: многие модели ограничивают работу GPS в заблокированном состоянии. Если два устройства расходятся, верьте тому, у которого круг точности меньше, — и помните, что оба могут быть правы в пределах заявленной погрешности. Чтобы точно передать место независимо от шума GPS, используйте форматы координат со страницы GPS-координат: Plus Code или MGRS-код не плывут.