Как работает GPS: спутники, «триангуляция» и почему иногда «лжет»

Если объяснить, как работает GPS простыми словами, то телефон принимает радиосигналы от нескольких спутников и по времени их полета вычисляет собственное местоположение на карте. Система GPS (Global Positioning System) принадлежит США и состоит из орбитальной группировки из десятков спутников, наземных станций контроля и приемников в наших гаджетах. Спутники непрерывно транслируют время по эталонным атомным часам и собственным координатам, а приемник определяет расстояние до каждого спутника по задержке сигнала.

Триангуляция vs трилатерация: в чем разница

В обыденном языке часто говорят «триангуляция», но более корректный термин – трилатерация. Триангуляция использует углы, а трилатерация – расстояния. Приемник измеряет, сколько времени летел сигнал от спутника (скорость света известна) и получает радиус сферы с центром в спутнике. Сечение трех таких «сфер» сужает возможное место до двух точек, а четвертый спутник снимает неоднозначность и синхронизирует часы приемника со спутниковым временем. Именно поэтому для фиксации позиции телефон пытается «видеть» минимум четыре спутника, а еще лучше — 8–12 сразу.

Почему GPS иногда «лжет»

Иногда мы открываем карту, а точка «прыгает» на другую сторону улицы. Чтобы понять, почему это происходит, полезно разложить погрешности на физические, технические и городские. Даже если вы знаете как работает GPS просто, окружающая среда и электроника вносят свои коррективы:

1. Атмосферные задержки. Ионосфера и тропосфера замедляют радиосигнал по-разному в зависимости от погоды и солнечной активности.
2. Мультишлях («отраженное» позиционирование). В «городских каньонах» сигнал отражается от стекла и металла, доходит обходными путями и путает расстояние.
3. Неточные эфемериды или время. Если приемник давно не обновлял альманах спутников или имеет нестабильные часы, погрешность растет.
4. Помехи и экранирование. Крыша авто, балконы, густые кроны деревьев уменьшают количество видимых спутников и ухудшают геометрию.
5. Настройка устройства. Выключенный «высокоточный режим», устаревшее ПО или агрессивные энергосбережения заставляют систему подбирать позицию из менее точных источников.

После такого разбора легче понять, почему точность GPS в городе обычно хуже, чем в поле: отражение, узкие окна неба и высокие здания ухудшают качество приема и геометрию спутников.

Как повысить точность в городе

Прежде чем переходить к шагам улучшения, важно помнить: чем больше одновременно видимых спутников и чем разнообразнее орбиты, тем точнее определение. Современные телефоны поддерживают не только GPS, но и другие системы (Galileo, GLONASS, BeiDou) и часто работают на двух частотах (L1/L5), что лучше борется с ионосферными ошибками. Ниже — простые действия, помогающие именно в «городских каньонах»:

• Включите «Высокую точность». Разрешите телефону использовать спутники + Wi-Fi/сеть мобильной связи для быстрого старта и уточнения.
• Дайте «видимость неба». Выйдите из-под навеса, отойдите от зеркальных фасадов, положите телефон экраном вверх на 20–40 секунд для стабилизации.
• Обновите A-GPS/альманах. После длительного отключения или путешествий на дальние расстояния откройте навигационное приложение и дождитесь фиксации 6–8 спутников.
• Ограничьте «скачки» FPS на карте. Закройте лишние приложения, выключите энергосбережение и разрешите приложению работать в фоновом режиме без засыпания датчиков.
• Используйте внешний приемник. Для спорта, дронов или геодезии Bluetooth-GNSS с двухчастотным приемом и поддержкой нескольких систем даст лучшую точность GPS в городе.

После выполнения этих шагов большинство «прыжков» исчезают, а трек становится более ровным даже среди высоток. Для ежедневной навигации этого обычно достаточно; профессиональные задачи требуют дифференциальных технологий (RTK, SBAS/EGNOS), корректирующих ошибки в реальном времени.

A-GPS, мультисозвездие и двухчастотный прием

В смартфонах работает A-GPS (assisted GPS): телефон получает эпимериды через интернет, а не из эфира, поэтому находит спутники за секунды. Поддержка нескольких систем одновременно увеличивает количество доступных сигналов и улучшает геометрию – это особенно заметно между зданиями. Модели с двухчастотным приемом (L1/L5, E1/E5a) более точно оценивают задержку в ионосфере и лучше отсекают отраженные лучи, что уменьшает смещение позиции на тротуар противоположной стороны.

Когда объясняем, как работает GPS, формула выглядит так: спутники дают точное время и координаты, приемник измеряет время полета сигналов от нескольких спутников и методом трилатерации находит вашу позицию. «Ложь» возникает из-за атмосферы, отражения и ограниченной видимости неба — в городе этого больше, поэтому и точность GPS в городе ниже. Помогают мультисозвездие, A-GPS, двухчастотный прием и базовые правила: открытое небо, обновленный альманах, корректные настройки и при необходимости внешний GNSS-приемник. Зная эти принципы, вы получите более стабильную навигацию – от утренних пробежек до путешествий по незнакомым кварталам.