Як працює GPS: супутники, «триангуляція» і чому інколи «бреше»

Якщо пояснити як працює GPS просто, то ваш телефон приймає радіосигнали від кількох супутників і за часом їхнього польоту обчислює власне місцезнаходження на карті. Система GPS (Global Positioning System) належить США і складається з орбітального угруповання з десятків супутників, наземних станцій контролю та приймачів у наших гаджетах. Супутники безперервно транслюють час за еталонними атомними годинниками та власні координати, а приймач визначає відстань до кожного супутника за затримкою сигналу.

«Триангуляція» vs «трилатерація»: у чому різниця

У повсякденній мові часто кажуть «триангуляція», але коректніший термін — трилатерація. Триангуляція використовує кути, а трилатерація — відстані. Приймач вимірює, скільки часу летів сигнал від супутника (швидкість світла відома), і отримує радіус сфери з центром у супутнику. Перетин трьох таких «сфер» звужує можливе місце до двох точок, а четвертий супутник знімає неоднозначність і синхронізує годинник приймача з супутниковим часом. Саме тому для фіксації позиції телефон намагається «бачити» щонайменше чотири супутники, а ще краще — 8–12 одразу.

Чому GPS іноді «бреше»

Іноді ми відкриваємо мапу, а точка «стрибає» на інший бік вулиці. Щоб зрозуміти, чому так стається, корисно розкласти похибки на фізичні, технічні та міські. Навіть якщо ви знаєте як працює GPS просто, навколишнє середовище й електроніка вносять свої корективи:

1. Атмосферні затримки. Іоносфера та тропосфера сповільнюють радіосигнал по-різному залежно від погоди та сонячної активності.
2. Мультишлях («відбите» позиціювання). У «міських каньйонах» сигнал відбивається від скла й металу, доходить обхідними шляхами і плутає відстань.
3. Неточні ефемериди або час. Якщо приймач давно не оновлював альманах супутників або має нестабільний годинник, похибка зростає.
4. Перешкоди й екранування. Дах авто, балкони, густі крони дерев зменшують кількість видимих супутників і погіршують геометрію.
5. Налаштування пристрою. Вимкнений «високоточний режим», застаріле ПЗ або агресивні енергозбереження змушують систему добирати позицію з менш точних джерел.

Після такого розбору легше зрозуміти, чому точність GPS у місті зазвичай гірша, ніж у полі: відбиття, вузькі «вікна» неба та високі будівлі погіршують якість прийому й геометрію супутників.

Як підвищити точність у місті

Перш ніж переходити до кроків покращення, важливо пам’ятати: чим більше одночасно видимих супутників і чим різноманітніші їхні орбіти, тим точніше визначення. Сучасні телефони підтримують не лише GPS, а й інші системи (Galileo, GLONASS, BeiDou) і часто працюють на двох частотах (L1/L5), що краще бореться з іоносферними помилками. Нижче — прості дії, які допомагають саме у «міських каньйонах»:

• Увімкніть «Високу точність». Дозвольте телефону використовувати супутники + Wi-Fi/мережу мобільного зв’язку для швидкого старту й уточнення.
• Дайте «видимість неба». Вийдіть із-під навісу, відійдіть від дзеркальних фасадів, покладіть телефон екраном догори на 20–40 секунд для стабілізації.
• Оновіть A-GPS/альманах. Після тривалого вимкнення або подорожей на далекі відстані відкрийте навігаційний додаток і дочекайтеся фіксації 6–8 супутників.
• Обмежте «стрибки» FPS на мапі. Закрийте зайві застосунки, вимкніть енергоощадження й дозвольте додатку працювати у фоновому режимі без «засинання» датчиків.
• Використовуйте зовнішній приймач. Для спорту, дронів чи геодезії Bluetooth-GNSS із двочастотним прийомом і підтримкою кількох систем дасть кращу точність GPS у місті.

Після виконання цих кроків більшість «стрибків» зникають, а трек стає рівнішим навіть серед висоток. Для щоденної навігації цього зазвичай достатньо; професійні задачі вимагають диференціальних технологій (RTK, SBAS/EGNOS), які коригують помилки в реальному часі.

A-GPS, мультисузір’я і двочастотний прийом

У смартфонах працює A-GPS (assisted GPS): телефон отримує епімериди через інтернет, а не «з ефіру», тому знаходить супутники за секунди. Підтримка кількох систем одночасно збільшує кількість доступних сигналів і покращує геометрію — це особливо помітно поміж будівлями. Моделі з двочастотним прийомом (L1/L5, E1/E5a) точніше оцінюють затримку в іоносфері й краще відсікають відбиті промені, що зменшує зсув позиції на тротуар протилежного боку.

Коли пояснюємо як працює GPS, формула виглядає так: супутники дають точний час і координати, приймач вимірює час польоту сигналів від кількох супутників і методом трилатерації знаходить вашу позицію. «Брехня» виникає через атмосферу, відбиття та обмежену видимість неба — у місті цього більше, тому й точність GPS у місті нижча. Допомагають мультисузір’я, A-GPS, двочастотний прийом і базові правила: відкрите небо, оновлений альманах, коректні налаштування та за потреби — зовнішній GNSS-приймач. Знаючи ці принципи, ви отримаєте стабільнішу навігацію — від ранкових пробіжок до подорожей незнайомими кварталами.