Jak dziaŇāa GPS ‚Äď i gdzie zawodzi

Satelity GPS krążą na wysokości około 20 000 kilometrów. Mają na pokładzie zegary atomowe o ogromnej dokładności. Każdy satelita nieustannie nadaje, gdzie się znajduje i którą godzinę pokazuje jego zegar. Odbiornik porównuje znacznik czasu z chwilą nadejścia sygnału. Ponieważ fale radiowe biegną z prędkością światła – około 300 000 kilometrów na sekundę – czas przebiegu daje odległość.

Znajomość odległości do jednego satelity mówi ci tylko, że jesteś gdzieś na ogromnej sferze wokół niego. Przy trzech satelitach przecinają się trzy takie sfery i zostaje jeden punkt. Czwarty jest potrzebny, bo zegar w telefonie jest daleki od dokładności zegara atomowego. Odbiornik po prostu wylicza błąd własnego zegara jako czwartą niewiadomą.

Prosty rachunek pokazuje, jak bardzo to jest czułe: błąd jednej milionowej sekundy odpowiada około 300 metrom przy prędkości światła. Dlatego cała dokładność zależy od precyzyjnych zegarów i czystych, bezpośrednich sygnałów.

Sygnały pochodzą z daleka i przy ziemi są bardzo słabe. Skała, beton, metal, ludzkie ciało i mokre listowie osłabiają je jeszcze bardziej. W wąskim wąwozie albo w kanionie ulicy między wieżowcami urządzenie widzi tylko wąski pas nieba, a więc mało satelitów, które na dodatek są źle rozmieszczone w jednej linii. Pozycja staje się wtedy niepewna.

Odbicia są jeszcze bardziej zdradliwe. Jeśli sygnał odbije się od ściany skalnej albo budynku, jego droga jest dłuższa niż bezpośrednia. Urządzenie myśli, że satelita jest dalej, niż jest, a pozycja często skacze o wiele metrów. Typowy skutek to ślad, który zygzakuje między blokami domów, choć szedłeś prosto przed siebie.

Odczyt wysokości jest zwykle mniej dokładny niż pozycja pozioma, bo wszystkie satelity są nad tobą i żaden nie „mierzy” od dołu. Do wysokości bardziej wiarygodne są mapa, warstwice i wyskalowany wysokościomierz. Wiele urządzeń wyświetla krąg dokładności – to szacunek urządzenia, nie gwarancja.

Dla dobrego ustalenia pozycji wyjdź na otwarte miejsce, trzymaj urządzenie w górze i z dala od ciała i poczekaj krótko, aż odczyt się ustabilizuje. Po długiej przerwie albo w nowym miejscu odbiornik czasem potrzebuje więcej czasu na pierwszą pozycję. Telefony pobierają dane pomocnicze przez sieć komórkową i są wtedy szybsze – ale samo ustalanie pozycji działa też bez sieci.

Bez sieci często brakuje mapy. Wiele aplikacji mapowych ładuje mapy na bieżąco z internetu. Pobierz więc mapy swojego obszaru przed wyprawą. W przeciwnym razie zobaczysz niebieską kropkę, ale na pustym szarym tle.

Zawsze porównuj wyświetlacz z terenem: czy pasują potok, stok, rozwidlenie ścieżek? I pamiętaj: pozycja satelitarna nie mówi ci, w którą stronę jesteś zwrócony. Kierunek strzałki w czasie postoju zwykle pochodzi z wbudowanego czujnika magnetycznego, który mogą zakłócać metal i elektronika. Kierunek z samego GPS-a uzyskujesz dopiero w ruchu.

Urządzenie może zawieść w każdej chwili: rozładowana bateria, zimno, wilgoć, upadek na skałę, błąd oprogramowania. Zasada brzmi więc: miej ze sobą papierową mapę i kompas i ćwicz ich użycie, póki wszystko działa. Ludzie, którzy podążają tylko za niebieską kropką, często nie zauważają, gdzie naprawdę są, i nagle tracą orientację, gdy zawiedzie.

Oszczędzaj energię, gdzie tylko możesz: przyciemnij ekran, używaj trybu samolotowego z włączoną lokalizacją, w zimnie noś urządzenie blisko ciała i miej ze sobą powerbank. Sprawdzaj poziom baterii regularnie, nie dopiero wtedy, gdy jest już na czerwono.

W niektórych regionach sygnały satelitarne są celowo zagłuszane albo fałszowane. Urządzenie może wtedy bez żadnego ostrzeżenia pokazywać zupełnie błędną pozycję. Jeśli wyświetlacz nie pasuje do terenu, zaufaj terenowi i mapie.

„GPS” to w rzeczywistości tylko nazwa systemu amerykańskiego. Nazwą nadrzędną jest GNSS, globalne systemy nawigacji satelitarnej. Należą do nich także europejski Galileo, rosyjski GLONASS i chiński BeiDou. Wiele urządzeń korzysta jednocześnie z kilku systemów, dzięki czemu widzi więcej satelitów – to zaleta zwłaszcza w dolinach i miastach.

W nagłym wypadku współrzędne są na wagę złota. Można je podawać w różnych formatach, na przykład w stopniach dziesiętnych albo w stopniach, minutach i sekundach. Odczytuj je wolno i w całości i nazwij format. W wielu krajach telefon podczas połączenia alarmowego automatycznie wysyła też swoją lokalizację do centrum dyspozytorskiego – mimo to warto wiedzieć, gdzie na urządzeniu znaleźć swoje współrzędne.

Zdumiewająca uwaga na marginesie z fizyki: z powodu teorii względności Einsteina zegary satelitów chodzą nieco inaczej niż zegary na ziemi. System kompensuje ten efekt – inaczej pozycja w krótkim czasie zauważalnie by się rozjeżdżała.