Så fungerar GPS-noggrannhet

Satelliter, klockor och trilateration

GPS är en konstellation på ungefär 31 satelliter (tillsammans med Europas Galileo, Rysslands GLONASS och Kinas BeiDou, samt regionala system som Indiens NavIC och Japans QZSS — moderna telefoner använder vad de kan få in) som kretsar på cirka 20 200 km höjd i sex omloppsplan lutade 55° mot ekvatorn, där varje satellit kretsar runt jorden på 11 timmar och 58 minuter. Var och en sänder ut en extremt exakt tidsstämpel från en atomklocka ombord — en klocka som behöver Einstein för att fungera: svagare gravitation och omloppshastighet gör att den går omkring 38 mikrosekunder för fort om dagen, vilket okorrigerat skulle växa till kilometer i positionsfel varje dag. Din telefon mäter hur lång tid varje signal var på väg; multiplicera med ljusets hastighet så får du avståndet till varje satellit. Ett avstånd placerar dig på en sfär, två på en cirkel, tre på två punkter — och en fjärde satellit avgör både vilken punkt som gäller och hur fel mottagarens egen klocka går. Det är därför en ”fix” kräver minst fyra satelliter, och därför den första fixen efter en stund inomhus tar längst tid: mottagaren håller fortfarande på att ladda ner varje satellits bandata.

Var felet kommer ifrån

Varje meter fel är ett tidsproblem på nanosekundnivå. Signalen bromsas oförutsägbart på vägen genom jonosfären och troposfären (2–5 m fel), satelliternas klockor och banor driver något (±2 m) och — det stora problemet i städer — signalerna studsar mot glas och betong innan de når dig. Den här flervägsutbredningen gör att telefonen mäter tiden för en reflekterad signal i stället för den direkta strålen, och därför kan noggrannheten mellan höga byggnader sjunka till 30–50 m medan ett öppet fält ger 3 m. Trädtak, din egen kropp och till och med att hålla telefonen lågt ger mindre varianter av samma problem.

Höjden mäts på samma sätt men drabbas av ungefär 1,5–3× det horisontella felet, eftersom alla satelliter finns ovanför dig — ingenting låser lösningen underifrån. Därför visar vårt höjdverktyg ett värde från en terrängmodell vid sidan av GPS-värdet.

Vad noggrannhetscirkeln egentligen betyder

Cirkeln runt din punkt är ett statistiskt påstående, inte en gräns: den ritas oftast så att chansen är ungefär 68 % att den verkliga positionen ligger innanför. En cirkel på 20 m betyder inte att du är 20 m fel — den betyder att mottagarens egen felskattning, som bygger på signalkvalitet och satellitgeometri, är 20 m. Geometrin väger lika tungt som signalstyrkan: om de synliga satelliterna klumpar ihop sig i en del av himlen (kallat hög dilution of precision) växer små tidsfel till stora positionsfel, ungefär som när två nästan parallella linjer skär varandra slarvigt.

Telefoner fuskar — på ett bra sätt

En position i telefonen är sällan ren GPS. Assisterad GPS (A-GPS) hämtar satelliternas banor över nätet så att mottagaren slipper den långsamma sökningen över himlen; Wi-Fi-positionering jämför närliggande accesspunkter mot kartor som byggts upp av användarna (bra till ~15–40 m inomhus); mobilmaster ger direkt en grov skattning på 100 m–3 km. Ditt operativsystem väger ihop allt detta med accelerometern, gyroskopet och magnetometern, och därför hoppar punkten ibland till ett nytt läge: sammanvägningen har ändrat sig om vilken källa den litar mest på. När du kontrollerar din plats här på webbplatsen lämnar webbläsaren över det som operativsystemets sammanvägning kom fram till — och vi visar den angivna noggrannheten ärligt i stället för att låtsas om en precision som inte finns.

Det senaste knepet är en andra frekvens. Nya telefoner — de flesta Android-flaggskepp sedan ~2018, iPhone sedan 15:an — lyssnar på den moderna L5-signalen vid sidan av den ursprungliga L1. Genom att jämföra två frekvenser kan mottagaren mäta jonosfärens fördröjning i stället för att modellera den, och L5:s skarpare, starkare struktur står emot multipath, vilket förklarar varför en tvåfrekvenstelefon kan hålla 1–2 m i en gatukanjon som tidigare innebar 20. Större delen av konstellationen sänder redan L5 (den når full officiell styrka när de sista satelliterna från före 2010 pensioneras), och dedikerade L5-mottagare närmar sig ~30 cm.

Så får du en bättre position

Praktiska steg, i den ordning de gör störst skillnad: sök öppen himmel (att bara kliva bort från en husvägg hjälper mer än något annat); ge positionen 30–60 sekunder att stabilisera sig i stället för att läsa av den första skattningen; stäng av batterisparlägen för plats, som i tysthet växlar till grova källor; och vid långa inspelningar, som med vår GPS-hastighetsmätare, håll skärmen tänd och telefonen fri — många telefoner stryper GPS när skärmen är låst. Om två enheter inte är överens, lita på den som visar den minsta noggrannhetscirkeln, och kom ihåg att båda kan ha rätt inom sina angivna gränser. Vill du dela en plats exakt oavsett hur brusig GPS-signalen är, använd koordinatformaten på sidan med GPS-koordinater — en Plus Code eller en MGRS-referens vandrar inte.