GPS w telefonie działa na zasadzie nasłuchiwania: urządzenie odbiera sygnały z satelitów i z różnicy czasu ich dotarcia wylicza własne położenie. Telefon niczego przy tym nie nadaje w stronę satelitów, więc sam odbiornik nikogo o twojej pozycji nie informuje. Do wyliczenia miejsca potrzebne są sygnały z co najmniej 4 satelitów naraz i to właśnie ten warunek decyduje o tym, czy nawigacja złapie od razu, czy będzie się zastanawiać.
Skrót: nowoczesny telefon korzysta z czterech systemów naraz, nie tylko z amerykańskiego GPS. Ustalenie pozycji od zera zajmuje zwykle poniżej 15 sekund, o ile telefon ma dostęp do internetu, bo wtedy pobiera dane o satelitach zamiast czekać na nie z eteru. W mieście odbiornik jednoczęstotliwościowy myli się o 15 do 30 metrów, a dwuczęstotliwościowy schodzi do 1 do 2 metrów.
Jak telefon wylicza swoją pozycję
Każdy satelita nadaje w kółko komunikat zawierający dokładny czas wysłania i informację o własnej orbicie. Telefon odbiera taki sygnał, porównuje czas nadania z czasem odbioru i przelicza różnicę na odległość, bo fala radiowa porusza się ze znaną prędkością.
Jedna odległość wyznacza sferę, dwie ich przecięcie, trzy zawężają wynik do punktu. Czwarty satelita jest potrzebny, bo zegar w telefonie jest zbyt niedokładny w porównaniu z zegarami atomowymi na orbicie i trzeba go w tym samym równaniu skorygować.
Stąd bierze się cała reszta zachowań, które użytkownik odbiera jako kaprysy. Wszystko, co zasłania niebo, odcina część satelitów, a gdy zostają mniej niż cztery, telefon nie ma z czego policzyć pozycji.
To nie jest tylko GPS
Sama nazwa GPS odnosi się do systemu amerykańskiego, ale telefon korzysta równolegle z kilku niezależnych konstelacji. Obok GPS pracują rosyjski GLONASS, europejski Galileo zarządzany przez Unię Europejską oraz chiński BeiDou.
Dla użytkownika oznacza to jedno: satelitów w zasięgu jest wielokrotnie więcej, niż wynikałoby z jednego systemu. Nawet w wąskiej ulicy, gdzie widać tylko pas nieba, szansa na odbiór czterech sygnałów rośnie na tyle, że pozycja ustala się w kilka sekund.
| System | Kto go prowadzi | Rola w telefonie |
|---|---|---|
| GPS | Stany Zjednoczone | podstawa, najlepsze czasy pierwszego ustalenia pozycji |
| GLONASS | Rosja | uzupełnienie, dobre pokrycie wysokich szerokości |
| Galileo | Unia Europejska | uzupełnienie, dokładność w Europie |
| BeiDou | Chiny | uzupełnienie, silne pokrycie w Azji |
Dlaczego pierwsze złapanie trwa dłużej
Żeby wyliczyć pozycję, telefon musi wiedzieć, gdzie w danej chwili znajdują się satelity. Te dane nadawane są z orbity powoli, więc odbiór ich w całości z eteru zająłby nawet kilka minut, i tak wyglądała nawigacja w czasach osobnych urządzeń.
Współczesne telefony obchodzą to mechanizmem nazywanym A-GPS: pobierają informacje o orbitach przez internet, w ułamku sekundy, i dzięki temu ustalenie pozycji od zera zajmuje zwykle poniżej 15 sekund. To wyjaśnia sytuację, w której nawigacja w samolocie z wyłączoną transmisją danych szuka pozycji zauważalnie dłużej niż zwykle.
Drugi czynnik to pamięć ostatniego położenia. Telefon uruchamiany w tym samym mieście po godzinie ma jeszcze aktualne dane i łapie natychmiast, a ten sam sprzęt włączony po locie na inny kontynent zaczyna od zera i potrzebuje wyraźnie więcej czasu.
Praktyczny wniosek: jeśli nawigacja długo szuka pozycji, włącz na moment transmisję danych albo Wi-Fi. Nie chodzi o to, żeby internet zastąpił satelity, tylko żeby telefon pobrał dane pomocnicze i przestał czekać na nie z orbity.
Skąd biorą się błędy o kilkanaście metrów
Największym wrogiem dokładności są odbicia sygnału. W mieście fala trafia w szklaną elewację i dociera do telefonu dłuższą drogą, przez co obliczona odległość jest zawyżona, a punkt na mapie ucieka na sąsiednią ulicę.
Skalę tego zjawiska widać w liczbach. Odbiornik pracujący na jednej częstotliwości myli się w zabudowie o 15 do 30 metrów, natomiast odbiornik dwuczęstotliwościowy, korzystający jednocześnie z pasm L1 i L5, schodzi w tych samych warunkach do 1 do 2 metrów.
Dwie częstotliwości pozwalają bowiem obliczyć i odjąć błąd wprowadzany przez jonosferę oraz odsiać sygnały odbite. Pierwszym telefonem z takim odbiornikiem był Xiaomi Mi 8, a dziś jest to cecha, którą warto sprawdzić w specyfikacji, jeśli często korzystasz z nawigacji pieszej w centrach miast.
Dlaczego w budynku nie działa wcale
Sygnał z orbity dociera do powierzchni Ziemi bardzo słaby, więc strop, dach i ściany wystarczą, żeby go wygasić. Dlatego w galerii handlowej, w metrze i w podziemnym parkingu odbiornik satelitarny milczy.
Telefon radzi sobie wtedy inaczej: szacuje położenie na podstawie widocznych sieci bezprzewodowych i nadajników komórkowych, których pozycje są skatalogowane. To wyjaśnia, dlaczego mapa w centrum handlowym pokazuje właściwy budynek, ale nie potrafi wskazać piętra ani konkretnego sklepu.
Ta hybryda działa też na twoją korzyść na zewnątrz, bo skraca czas pierwszego ustalenia pozycji. Jeśli w ustawieniach wyłączysz dokładność lokalizacji opartą o sieci, nawigacja zacznie łapać wolniej, choć sam odbiornik satelitarny pozostanie sprawny.
Co realnie poprawia jakość nawigacji
Zacznij od miejsca, w którym leży telefon. Ekran skierowany w niebo, uchwyt przy szybie i brak metalowej obudowy dają więcej niż jakiekolwiek ustawienie w systemie, bo antena jest wbudowana w górną część urządzenia.
Druga rzecz to tryb dokładności lokalizacji w ustawieniach, który przy oszczędzaniu baterii bywa ograniczany do przybliżonego szacowania. Trzecia to aktualność map pobranych do użycia bez internetu, bo one nie mają wpływu na sam odbiór, ale decydują o tym, czy trasa liczy się natychmiast.
Jeśli telefon gubi pozycję również pod otwartym niebem, sprawdź, czy problem nie dotyczy całej łączności radiowej. Objawy bywają wspólne, a metody diagnostyki zebrałem w poradniku o tym, jak wzmocnić zasięg w telefonie.
Kto widzi twoją lokalizację
Sam odbiornik satelitarny jest bierny, więc z jego działania nikt niczego nie odczyta. Twoja pozycja opuszcza telefon dopiero wtedy, gdy wysyła ją konkretna aplikacja, której na to pozwoliłeś, i to jest jedyny realny kanał wycieku.
Dlatego przegląd uprawnień do lokalizacji ma większe znaczenie niż wyłączanie samego GPS. Warto sprawdzić, które programy mają dostęp stały, a którym wystarczy zgoda tylko w czasie używania. Sygnały, że w telefonie działa coś, co nie powinno, opisałem w tekście o tym, jak sprawdzić, czy w telefonie nie siedzi program szpiegujący.
Jeśli natomiast szukasz zgubionego urządzenia albo chcesz udostępnić swoje położenie rodzinie, to zupełnie inne mechanizmy, oparte na kontach producenta. Rozpisałem je osobno w tekstach o tym, jak sprawdzić lokalizację telefonu oraz o lokalizacji iPhone’a.
Najczęstsze pytania
Czy GPS działa bez internetu?
Tak, bo odbiornik korzysta wyłącznie z sygnału satelitów. Internet skraca jedynie czas pierwszego ustalenia pozycji, bo pozwala pobrać dane o orbitach zamiast czekać, aż dotrą z eteru, oraz jest potrzebny do pobrania samych map.
Ile satelitów potrzeba do ustalenia pozycji?
Co najmniej cztery. Trzy wystarczyłyby do wyznaczenia punktu w przestrzeni, ale czwarty jest konieczny do skorygowania niedokładności zegara w telefonie, który nie dorównuje zegarom atomowym na orbicie.
Dlaczego nawigacja pokazuje mnie na sąsiedniej ulicy?
Bo sygnał odbił się od budynku i dotarł dłuższą drogą, zawyżając obliczoną odległość. W gęstej zabudowie odbiornik jednoczęstotliwościowy myli się o 15 do 30 metrów, a odbiornik pracujący na dwóch pasmach schodzi do 1 do 2 metrów.
Czy ktoś może mnie namierzyć przez sam GPS?
Nie przez sam odbiornik, bo on wyłącznie nasłuchuje i niczego nie wysyła. Pozycja opuszcza telefon dopiero wtedy, gdy przekaże ją aplikacja z nadanym uprawnieniem, więc kontrola uprawnień jest ważniejsza niż wyłączanie lokalizacji.
Czemu telefon gubi pozycję w tunelu i w garażu?
Sygnał satelitarny jest na tyle słaby, że strop i ściany całkowicie go wygaszają. Telefon przechodzi wtedy na szacowanie pozycji na podstawie sieci bezprzewodowych i nadajników komórkowych, co wystarcza do wskazania budynku, ale nie piętra.
