nakompasie.pl
Narzędzia

Dział: Mapa

Jak działa GPS w telefonie i dlaczego czasem się myli

Skąd telefon wie, gdzie jesteś: satelity, czas przelotu sygnału i trilateracja prostymi słowami. Typowa dokładność i powody błędów: budynki, drzewa, pogoda.

Zweryfikowano: Opublikowano: Twierdzeń: 17 (POTWIERDZONE 16 · MIT 1) · źródłaRedakcja: Na Kompasie,

Kropka na mapie w telefonie wydaje się czymś oczywistym. Za nią stoi jednak prosty pomysł z geometrii i z pomiaru czasu. Wyjaśnia on też, dlaczego kropka czasem skacze na drugą stronę ulicy.

Telefon tylko słucha

Satelity GPS krążą wysoko nad Ziemią i bez przerwy nadają sygnał z informacją o czasie jego wysłania i o swoim położeniu. Odbiornik w telefonie, który cały czas nasłuchuje sygnałów, porównuje czas wysłania z czasem odbioru, a różnicę mnoży przez prędkość światła. W ten sposób dostaje odległość do satelity, trochę jak z „taśmy mierniczej” rozpiętej między telefonem a satelitą. [1]

Prędkość światła to dokładnie 299 792 458 metrów na sekundę. [2] Satelity GPS krążą na wysokości około 20 200 km, więc sygnał z satelity w zenicie leci około 67 milisekund. [3] Odbiornik musi mierzyć czas bardzo dokładnie: błąd jednej milionowej sekundy to już około 300 metrów odległości. [4]

Trilateracja: trzy odległości, jeden punkt

Wyobraź sobie, że wiesz tylko, jak daleko jesteś od trzech znanych punktów. Wokół każdego rysujesz okrąg o takim promieniu. Wszystkie trzy okręgi przecinają się w jednym miejscu i tam jesteś. Taki sposób wyznaczania położenia z odległości nazywa się trilateracją, co dosłownie znaczy „pozycja z trzech odległości”. [5]

Schemat trilateracji na płaszczyźnie: trzy satelity i trzy okręgi, które przecinają się w punkcie, gdzie leży telefon
Trzy okręgi wokół satelitów przecinają się w miejscu telefonu (rysunek własny, poglądowy, dwa wymiary)

W rzeczywistości jest trójwymiarowo: zamiast okręgów są kule, a do tego odbiornik w telefonie ma zwykły, niedokładny zegar. Dlatego potrzebny jest czwarty satelita, który pozwala poprawić czas w odbiorniku. Odbiornik używa czterech satelitów, żeby wyznaczyć szerokość, długość, wysokość i czas. [6]

GPS, Galileo, GLONASS: czym jest GNSS

GPS to amerykański system. Ogólną nazwą wszystkich takich systemów jest GNSS, czyli globalny system nawigacji satelitarnej. Poza GPS są m.in. europejski Galileo i rosyjski GLONASS. [7] Galileo jest systemem europejskim, cywilnym. [8] Według ESA ma 28 satelitów, które krążą na wysokości 23 222 km. [9] GPS według FAA ma 31 satelitów, na wysokości około 20 200 km. [10]

Który z nich wykorzystuje akurat twój telefon, zależy od modelu telefonu i jego ustawień. Brak danych: zestawienia systemów, z których korzysta dany model telefonu, nie ma w źródłach tej strony.

Trzy części systemu

GPS składa się z trzech części: satelitów, stacji naziemnych i odbiorników. Stacje śledzą satelity i nimi zarządzają, a odbiornikiem jest także twój telefon. [11] Stacje naziemne pomagają też ustalać położenia satelitów.

Mit: telefon pokazuje pozycję co do metra

MIT „Kropka na mapie jest dokładna co do metra”

Nie zawsze. Pod otwartym niebem telefony z GPS są zwykle dokładne w promieniu około 4,9 m, a USGS pisze o błędzie do około 10 metrów. Przy budynkach, mostach i drzewach dokładność się pogarsza. [12]

Brak danych: nie ma jednej liczby, która opisywałaby typowy błąd telefonu w lesie albo w ciasnej zabudowie, bo zależy od miejsca i od modelu. Dlatego tej liczby nie podajemy.

Dlaczego czasem się myli

Źródła wymieniają kilka głównych przyczyn.

  • Zasłonięcie sygnału przez budynki, mosty, drzewa, a także w pomieszczeniach i pod ziemią. Satelity są niewidoczne, więc odbiornik ma mniej danych.
  • Odbicia sygnału („wielodrożność”) od ścian budynków. Sygnał dociera do anteny kilkoma drogami i odbiornik źle ocenia czas przelotu. [13]
  • Atmosfera. Jonosfera i troposfera spowalniają sygnał, a odbiornik musi to uwzględnić. Opóźnienie w troposferze zależy od temperatury, ciśnienia i wilgotności. [14]
  • Pogoda. Chmury i para wodna dodają opóźnienie rzędu dziesiątek centymetrów, a system ma działać przy każdej pogodzie. [15] Brak danych: o wpływie deszczu lub mgły na błąd telefonu w metrach.

Odbiorniki specjalistyczne radzą sobie lepiej. Gps.gov pisze, że użytkownicy zaawansowani poprawiają dokładność odbiornikami dwuczęstotliwościowymi lub systemami wspomagającymi, a ESA o Galileo, że dwie częstotliwości dają dokładność w czasie rzeczywistym rzędu metra. [16] Brak danych: czy konkretny telefon odbiera dwie częstotliwości, zależy od modelu.

Rzadsze przyczyny to zakłócenia radiowe, duże burze słoneczne i chwilowe przerwy w pokryciu satelitarnym. [17]

Jak to się łączy z mapą i kompasem

GPS podaje położenie; do wyznaczenia kierunku na mapie służy kompas. Położenie wyrażone w stopniach zamienisz na inne układy w przeliczniku współrzędnych. Kropkę z telefonu warto porównać z mapą topograficzną i z tym, co widać wokół. Przy planowaniu trasy pomoże tempo marszu, a znaki w terenie opisuje strona o kolorach szlaków.

Dla dociekliwych

Rysunek trilateracji jest dwuwymiarowy, a jego geometrię policzyliśmy własnym kodem: z trzech promieni i położeń satelitów odtwarzamy położenie telefonu na rysunku. Liczby 67 ms i 300 m to nasze obliczenia z prędkości światła i wysokości orbity, nie pomiary. Zasada „czwartego satelity” wynika z tego, że oprócz trzech współrzędnych nieznany jest błąd zegara odbiornika, czyli cztery niewiadome. Wartość 4,9 m podaje gps.gov, powołując się na publikację ION; jest to wartość typowa pod otwartym niebem i nie jest gwarancją. Wysokość orbity GPS NOAA podaje jako około 20 200 km, a plakat gps.gov jako 20 350 km; przy drugiej wartości czas przelotu wynosi około 68 ms. Archiwalne strony gps.gov mają notę, że nie były aktualizowane od lutego 2025, więc liczby o liczbie satelitów bierzemy z FAA i ESA.

Źródła i sprawdzenie twierdzeń

Główne źródła: GPS.gov, Federal Aviation Administration, U.S. Geological Survey, NOAA National Ocean Service, NIST, BIPM, Europejska Agencja Kosmiczna, Agencja UE ds. Programu Kosmicznego i inne.

Twierdzenia i źródła szczegółowo (17)

Każde twierdzenie z tekstu ma tu status, źródła (z pozycją w źródle i datą dostępu) i liczbę źródeł niezależnych. Twierdzenia praktyczne wymagają co najmniej dwóch niezależnych źródeł; źródła uzupełniające nie są do tego liczone.

[1]POTWIERDZONEpraktyczne, niezależnych źródeł: 4

Satelity nadają sygnał z czasem wysłania i swoim położeniem; odbiornik, który nasłuchuje tych sygnałów, mierzy czas ich przelotu i mnoży go przez prędkość światła, co daje odległość do satelity.

  • How GPS Works (plakat), GPS.gov (National Coordination Office for Space-Based PNT). „GPS satellites broadcast radio signals providing their locations, status, and precise time”. http://archive.gps.gov/multimedia/poster/poster.txt. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • Satellite Navigation - GPS - How It Works, Federal Aviation Administration (FAA). „the time of signal reception and the broadcast time to compute the distance”. https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/gps/howitworks. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • About GPS, U.S. Geological Survey (USGS). „the receiver can calculate the distance to each satellite”. https://earthquake.usgs.gov/monitoring/gps/about.php. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • Global Positioning System (GPS), NOAA National Ocean Service. „used like a giant tape measure between the receiver and satellites”; „constantly listening for signals from these satellites”. https://oceanservice.noaa.gov/facts/gps.html. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
[2]POTWIERDZONEinformacyjne, niezależnych źródeł: 2

Prędkość światła w próżni wynosi dokładnie 299 792 458 m/s.

  • speed of light in vacuum (CODATA 2022), NIST (National Institute of Standards and Technology). „299 792 458”. https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?c. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • SI defining constants, BIPM (Międzynarodowe Biuro Miar). „299 792 458”. https://www.bipm.org/en/measurement-units/si-defining-constants. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
[3]POTWIERDZONEinformacyjne, niezależnych źródeł: 2

Sygnał z satelity GPS znajdującego się w zenicie, na wysokości około 20 200 km, leci około 67 ms (przy wysokości 20 350 km z plakatu GPS.gov około 68 ms).

  • Global Positioning System (GPS), NOAA National Ocean Service. „at an altitude of approximately 20,200 Kilometers”. https://oceanservice.noaa.gov/facts/gps.html. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • speed of light in vacuum (CODATA 2022), NIST (National Institute of Standards and Technology). „299 792 458”. https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?c. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • Własne obliczenie: 20 200 km / 299 792 458 m/s = 0,0674 s. Dostęp: 29.10.2026.
[4]POTWIERDZONEinformacyjne, niezależnych źródeł: 2

Błąd pomiaru czasu jednej milionowej sekundy odpowiada błędowi odległości około 300 m (c · 1 µs = 299,8 m).

  • speed of light in vacuum (CODATA 2022), NIST (National Institute of Standards and Technology). „299 792 458”. https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?c. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • SI defining constants, BIPM (Międzynarodowe Biuro Miar). „299 792 458”. https://www.bipm.org/en/measurement-units/si-defining-constants. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • Własne obliczenie: 299 792 458 m/s · 10⁻⁶ s = 299,8 m. Dostęp: 29.10.2026.
[5]POTWIERDZONEinformacyjne, niezależnych źródeł: 2

Trilateracja dosłownie oznacza wyznaczanie położenia z trzech odległości; w GPS odległości do satelitów o znanym położeniu pozwalają wyznaczyć pozycję.

  • Trilateration Exercise, GPS.gov (z materiałów NOAA). „which literally means positioning from three distances”. https://archive.gps.gov/multimedia/tutorials/trilateration/. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • Global Positioning System (GPS), NOAA National Ocean Service. „used like a giant tape measure between the receiver and satellites”. https://oceanservice.noaa.gov/facts/gps.html. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • Własne obliczenie: trzy okręgi o środkach w satelitach przecinają się w jednym punkcie (rysunek). Dostęp: 29.10.2026.
[6]POTWIERDZONEpraktyczne, niezależnych źródeł: 4

Odbiornik wyznacza pozycję z odległości do co najmniej czterech satelitów; czwarty pozwala skorygować zegar odbiornika, dzięki czemu wyznacza on szerokość, długość, wysokość i czas.

  • Satellite Navigation - GPS - How It Works, Federal Aviation Administration (FAA). „the receiver uses four satellites to compute latitude, longitude, altitude, and time”. https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/gps/howitworks. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • About GPS, U.S. Geological Survey (USGS). „distances to at least 4 satellites”. https://earthquake.usgs.gov/monitoring/gps/about.php. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • Global Positioning System (GPS), NOAA National Ocean Service. „distance from four or more satellites”. https://oceanservice.noaa.gov/facts/gps.html. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • How GPS Works (plakat), GPS.gov (National Coordination Office for Space-Based PNT). „distance from at least four satellites”. http://archive.gps.gov/multimedia/poster/poster.txt. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • Własne obliczenie: układ 3 okręgów rozwiązany algebraicznie odtwarza położenie telefonu na rysunku. Dostęp: 29.10.2026.
[7]POTWIERDZONEinformacyjne, niezależnych źródeł: 2

GNSS to ogólna nazwa każdej satelitarnej konstelacji nawigacyjnej; poza GPS istnieją m.in. europejski Galileo i rosyjski GLONASS.

  • Other Global Navigation Satellite Systems (GNSS), GPS.gov (National Coordination Office for Space-Based PNT). „is a general term describing any satellite constellation”. https://archive.gps.gov/systems/gnss/. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • What is Galileo?, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). „interoperable with GPS and Glonass, the US and Russian global satellite navigation systems”. https://www.esa.int/Applications/Satellite_navigation/Galileo/What_is_Galileo. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
[8]POTWIERDZONEinformacyjne, niezależnych źródeł: 2

Galileo to europejski, cywilny system nawigacji satelitarnej.

  • What is Galileo?, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). „Galileo is Europe’s own global navigation satellite system”. https://www.esa.int/Applications/Satellite_navigation/Galileo/What_is_Galileo. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • What is Galileo, Agencja UE ds. Programu Kosmicznego (EUSPA). „Galileo is a civilian system”. https://www.euspa.europa.eu/european-space/galileo/what-galileo. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
[9]POTWIERDZONEinformacyjne, niezależnych źródeł: 1

Według ESA system Galileo składa się z 28 satelitów, z których prawie wszystkie krążą na wysokości 23 222 km.

  • What is Galileo?, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). „The current Galileo system consists of 28 satellites in all”; „23 222 km altitude above the Earth”. https://www.esa.int/Applications/Satellite_navigation/Galileo/What_is_Galileo. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
[10]POTWIERDZONEinformacyjne, niezależnych źródeł: 2

Według FAA na orbicie działa 31 satelitów GPS, a według NOAA krążą one na wysokości około 20 200 km.

  • Satellite Navigation - GPS, Federal Aviation Administration (FAA). „Currently 31 GPS satellites orbit the Earth”. https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/gps. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • Global Positioning System (GPS), NOAA National Ocean Service. „at an altitude of approximately 20,200 Kilometers”. https://oceanservice.noaa.gov/facts/gps.html. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
[11]POTWIERDZONEinformacyjne, niezależnych źródeł: 2

GPS składa się z trzech części: satelitów, stacji naziemnych i odbiorników; stacje naziemne monitorują satelity i pomagają ustalać ich położenia.

  • Global Positioning System (GPS), NOAA National Ocean Service. „GPS is a three-part system: satellites, ground stations, and receivers”; „they help determine their locations”. https://oceanservice.noaa.gov/facts/gps.html. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • Satellite Navigation - GPS - How It Works, Federal Aviation Administration (FAA). „GPS is composed of three segments”. https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/gps/howitworks. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
[12]MITpraktyczne, niezależnych źródeł: 2

Pod otwartym niebem telefony z GPS są zwykle dokładne w promieniu około 4,9 m (GPS.gov), a USGS podaje około 10 m lub mniej; przy budynkach, mostach i drzewach dokładność się pogarsza. Nie jest to dokładność co do metra.

  • GPS Accuracy, GPS.gov (National Coordination Office for Space-Based PNT). „typically accurate to within a 4.9 m (16 ft.) radius under open sky”; „their accuracy worsens near buildings, bridges, and trees”. https://www.gps.gov/gps-accuracy. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • About GPS, U.S. Geological Survey (USGS). „you can determine your location to within 10 meters (about 30 feet) or less”. https://earthquake.usgs.gov/monitoring/gps/about.php. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
[13]POTWIERDZONEpraktyczne, niezależnych źródeł: 2

Częste przyczyny błędów pozycji to zasłonięcie sygnału przez budynki, mosty i drzewa, praca w pomieszczeniach lub pod ziemią oraz odbicia sygnału od ścian (wielodrożność).

  • GPS Accuracy, GPS.gov (National Coordination Office for Space-Based PNT). „Satellite signal blockage due to buildings, bridges, trees, etc.”; „Signals reflected off buildings or walls”. https://www.gps.gov/gps-accuracy. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • Multipath, ESA Navipedia (Politechnika Katalońska). „when a signal arrives, by different ways, at the antenna”. https://gssc.esa.int/navipedia/index.php/Multipath. Rodzaj: źródło wtórne. Dostęp: 29.10.2026.
[14]POTWIERDZONEpraktyczne, niezależnych źródeł: 2

Jonosfera i troposfera opóźniają sygnał, a odbiornik musi to uwzględnić; opóźnienie w troposferze zależy od temperatury, ciśnienia i wilgotności.

  • Satellite Navigation - GPS - How It Works, Federal Aviation Administration (FAA). „caused by the ionosphere and the troposphere”. https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/gps/howitworks. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • Tropospheric Delay, ESA Navipedia (Politechnika Katalońska). „This delay depends on the temperature, pressure, humidity”. https://gssc.esa.int/navipedia/index.php/Tropospheric_Delay. Rodzaj: źródło wtórne. Dostęp: 29.10.2026.
[15]POTWIERDZONEpraktyczne, niezależnych źródeł: 2

Chmury i para wodna dodają opóźnienie rzędu dziesiątek centymetrów, a według FAA GPS działa w każdych warunkach pogodowych.

  • Tropospheric Delay, ESA Navipedia (Politechnika Katalońska). „water vapour and condensed water in form of clouds”; „only some tens of centimetres”. https://gssc.esa.int/navipedia/index.php/Tropospheric_Delay. Rodzaj: źródło wtórne. Dostęp: 29.10.2026.
  • Satellite Navigation - GPS, Federal Aviation Administration (FAA). „anywhere in the world and in all weather conditions”. https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/gps. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
[16]POTWIERDZONEinformacyjne, niezależnych źródeł: 2

Zaawansowani użytkownicy poprawiają dokładność odbiornikami dwuczęstotliwościowymi lub systemami wspomagającymi; Galileo dzięki dwóm częstotliwościom może dawać dokładność w czasie rzeczywistym rzędu metra.

  • GPS Accuracy, GPS.gov (National Coordination Office for Space-Based PNT). „High-end users boost GPS accuracy with dual-frequency receivers and/or augmentation systems”. https://www.gps.gov/gps-accuracy. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
  • What is Galileo?, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). „By offering dual frequencies as standard”; „accuracy down to the metre range”. https://www.esa.int/Applications/Satellite_navigation/Galileo/What_is_Galileo. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.
[17]POTWIERDZONEinformacyjne, niezależnych źródeł: 1

Rzadsze przyczyny błędów to zakłócenia radiowe, duże burze słoneczne i chwilowe przerwy w pokryciu wynikające z obsługi satelitów.

  • GPS Accuracy, GPS.gov (National Coordination Office for Space-Based PNT). „Radio interference or jamming”; „Major solar storms”. https://www.gps.gov/gps-accuracy. Rodzaj: źródło pierwotne. Dostęp: 29.10.2026.