Čo je to GPS a ako funguje?

GPS patrí k technológiám, ktoré dnes používame takmer automaticky. Vedie nás na cestách, zaznamenáva športové aktivity a pomáha nám zorientovať sa aj počas turistiky. Za obyčajným bodom na displeji sa však skrýva prekvapivo rozsiahly systém – od satelitov na obežnej dráhe až po presné meranie času a výpočty vzdialenosti. Ako to teda celé funguje? A prečo navigácia niekedy určí polohu takmer okamžite, no inokedy má medzi vysokými budovami či v lese problém? Vysvetlíme si základný princíp GPS, rozdiel medzi GPS a GNSS, faktory ovplyvňujúce presnosť aj to, ako satelitná navigácia funguje v smartfónoch a hodinkách.

 

 

NAKUPOVAŤ AUTO MOTO

 

 

Viac než bod na mape: Čo je to GPS a kde sa vzalo?

Čo je to GPS? Skratka pochádza z anglického názvu Global Positioning System, teda globálny systém určovania polohy. Ide o satelitnú navigačnú technológiu prevádzkovanú Spojenými štátmi, ktorá bola pôvodne vytvorená najmä na vojenské účely a neskôr sa začala využívať aj civilne. Dnes sa s GPS stretávame v automobilových navigáciách, smartfónoch, hodinkách, športových zariadeniach, lodiach aj profesionálnej technike. Samotný príjem GPS signálu pritom nevyžaduje predplatné – kompatibilné zariadenie prijíma rádiové signály vysielané satelitmi.

GPS si však netreba zamieňať so samotnou navigačnou aplikáciou. GPS zariadeniu poskytuje predovšetkým údaje potrebné na určenie polohy a presného času. Mapu, dopravné informácie, vyhľadanie adresy alebo výpočet najrýchlejšej trasy zabezpečuje softvér a ďalšie služby, ktoré tieto polohové údaje následne využívajú.
 

Vesmírna matematika v praxi: Ako GPS vie, kde sa nachádzate?

Základ systému tvoria satelity pohybujúce sa po obežných dráhach okolo Zeme. Každý z nich vysiela rádiové signály obsahujúce údaje o svojej polohe a presnom čase. GPS prijímač v zariadení tieto signály zachytáva a zisťuje, ako dlho im trvalo dostať sa zo satelitu k prijímaču. Keďže sa rádiový signál šíri známou rýchlosťou, prijímač dokáže z časového rozdielu vypočítať vzdialenosť od jednotlivých satelitov. Keď má údaje z viacerých satelitov, môže následne určiť svoju vlastnú polohu. Tento princíp sa označuje ako trilaterácia. Na rozdiel od triangulácie, ktorá pracuje s uhlami, trilaterácia určuje polohu na základe vzdialeností od známych bodov – v tomto prípade od satelitov.
 

Jeden satelit nestačí: Prečo sa na určenie polohy využíva viac satelitov?

Jeden satelit prijímaču nestačí. Z jeho signálu môže zariadenie zistiť svoju vzdialenosť od satelitu, no nie presné miesto na zemskom povrchu. Až kombinácia údajov z viacerých satelitov umožní vypočítať konkrétnu polohu. Pri trojrozmernom určovaní polohy sa štandardne využívajú signály najmenej zo štyroch satelitov. Zariadenie tak môže vypočítať zemepisnú šírku, zemepisnú dĺžku a nadmorskú výšku a zároveň korigovať časovú odchýlku vlastných hodín. Moderné prijímače však dokážu sledovať oveľa väčší počet satelitov súčasne. Ak sú navyše vhodne rozmiestnené na oblohe, vytvárajú lepšie podmienky na stabilné a presné určenie polohy.
 

Tri piliere GPS: Satelity, pozemné stanice a prijímače

Systém GPS netvoria iba satelity pohybujúce sa vysoko nad Zemou. Funguje vďaka trom navzájom prepojeným častiam.

1. Vesmírny segment – tvoria ho satelity obiehajúce Zem a vysielajúce navigačné signály. Práve z nich získavajú prijímače údaje potrebné na výpočet polohy a času. 

2. Riadiaci segment – pozemné stanice monitorujú satelity, sledujú ich dráhy a zabezpečujú údaje potrebné na správne fungovanie celého systému. 

3. Používateľský segment – sem patria samotné GPS prijímače. Nájdeme ich napríklad v telefónoch, smart hodinkách, automobilových navigáciách, lietadlách, lodiach alebo profesionálnych meracích zariadeniach.
    

Rýchlosť, tempo aj trasa: Čo všetko dokáže GPS zistiť?

Určením aktuálnej polohy sa možnosti GPS nekončia. Ak zariadenie sleduje zmenu polohy v čase, môže z týchto údajov vypočítať aj množstvo ďalších hodnôt. V závislosti od zariadenia a používaného softvéru môže ísť napríklad o:

• aktuálnu a priemernú rýchlosť, 

• smer pohybu, 

• prejdenú trasu a vzdialenosť, 

• vzdialenosť k zvolenému cieľu, 

• tempo pri športovej aktivite, 

• polohu na mape, 

• údaje potrebné na navigáciu. 

Preto sa GPS využíva nielen pri cestovaní autom, ale aj pri behu, cyklistike, turistike, letectve, námornej doprave alebo sledovaní pohybu vozidiel.

 

 

Prečo navigácia niekedy ukazuje vedľajšiu ulicu? Presnosť GPS má svoje limity

GPS dokáže pri bežnom používaní určiť polohu s presnosťou rádovo na niekoľko metrov, výsledok však nie je za každých okolností rovnaký. Závisí od prijímača, počtu dostupných satelitov, ich rozloženia na oblohe aj prostredia, v ktorom sa zariadenie nachádza. Najlepšie podmienky má GPS prijímač na otvorenom priestranstve s dobrým výhľadom na oblohu. V meste, medzi skalami alebo pod hustými korunami stromov môže byť príjem komplikovanejší.
 

Vysoké budovy môžu zhoršiť presnosť GPS

V uliciach obklopených vysokými budovami býva časť oblohy zakrytá. Satelitný signál sa navyše môže odrážať od fasád a k prijímaču doraziť po dlhšej trase. Výsledkom môže byť väčšia odchýlka alebo nesprávne zobrazená poloha. Podobný problém môže vzniknúť medzi skalnými stenami, v hlbokom údolí alebo pod hustým porastom.
 

Aj atmosféra môže ovplyvniť výsledok

Rádiový signál zo satelitov prechádza atmosférou. Jeho šírenie môžu mierne ovplyvňovať podmienky v ionosfére a troposfére, čo sa môže prejaviť odchýlkou pri výpočte vzdialenosti. Moderné systémy a prijímače dokážu časť týchto chýb korigovať.
 

Nejde iba o počet satelitov

Význam má aj ich geometria, teda rozloženie na oblohe. Ak sa dostupné satelity nachádzajú v rôznych smeroch, podmienky na výpočet polohy sú spravidla lepšie, než keď sú z pohľadu prijímača nahustené blízko seba.
 

Kde môže GPS signál úplne vypadnúť?

Problém môže nastať napríklad v tuneloch, podzemných garážach, vo vnútri niektorých budov alebo pod vodou. V takýchto situáciách môže zariadenie satelitný signál dočasne stratiť a pri určovaní polohy využívať aj ďalšie dostupné údaje a senzory.
 

GPS nie je na oblohe samo: Zoznámte sa s Galileo, GLONASS a BeiDou

Pojem GPS sa v bežnej komunikácii často používa ako všeobecné označenie satelitnej navigácie. Technicky je však GPS iba jedným z viacerých navigačných systémov. Súhrnne sa označujú ako GNSS – Global Navigation Satellite System.

• GPS je americký systém poskytujúci globálne pokrytie a využívaný na civilné aj vojenské účely. 

• Galileo je európsky globálny navigačný systém. Moderné prijímače môžu jeho signály využívať súčasne s GPS a ďalšími GNSS. 

• GLONASS je ruský globálny navigačný systém, ktorý takisto poskytuje služby určovania polohy po celom svete. 

• BeiDou je čínsky globálny navigačný systém, ktorý podporuje množstvo moderných telefónov, navigácií či nositeľných zariadení. 

Existujú aj regionálne navigačné systémy, napríklad japonský QZSS alebo indický NavIC.
 

Viac satelitov, stabilnejšia poloha: Prečo zariadenia kombinujú viac systémov?

Moderný prijímač sa nemusí spoliehať iba na satelity GPS. Môže súčasne pracovať napríklad s GPS, Galileom, GLONASS a BeiDou. Výhodou je väčší počet dostupných satelitov, vďaka čomu môže mať zariadenie lepšie podmienky na rýchle a stabilné určenie polohy, najmä ak časť oblohy zakrývajú stromy, budovy alebo členitý terén. Viacsystémový prijímač však automaticky neznamená, že každý údaj bude vždy presnejší. Výsledok ovplyvňuje aj kvalita antény, spôsob spracovania signálu a okolité prostredie.
 

Viacpásmové GPS: Výhoda medzi budovami aj v hustom lese

Okrem podpory viacerých satelitných systémov môžu modernejšie prijímače pracovať aj s viacerými frekvenčnými pásmami. Pri GPS sa môžete stretnúť napríklad s kombináciou pásiem L1 a L5. Viacpásmový príjem môže pomôcť lepšie pracovať s odrazmi signálu a zlepšiť určovanie polohy v náročnom prostredí. Výhoda sa môže prejaviť najmä medzi vysokými budovami, v hustom lese alebo v horských údoliach, kde má prijímač obmedzenejší výhľad na oblohu. Pri niektorých zariadeniach však presnejší režim využívajúci viac frekvencií môže zvýšiť spotrebu energie.

 

 

GPS vo vrecku aj na zápästí: Ako funguje v telefónoch a hodinkách?

GPS prijímače dnes nájdeme v rôznych typoch spotrebnej elektroniky. Medzi najčastejšie patria smartfóny a inteligentné hodinky, pri ktorých má satelitná navigácia trochu odlišné využitie.
 

Ako funguje GPS v telefóne?

Moderné mobilné telefóny s GPS majú zabudovaný satelitný prijímač a väčšinou podporujú viacero systémov GNSS súčasne. Smartfón preto nemusí získavať polohu iba zo satelitov amerického GPS, ale môže pracovať aj so signálmi Galilea, GLONASS či BeiDou. Pri určovaní polohy navyše telefón dokáže kombinovať viacero zdrojov údajov. Satelitnú navigáciu môžu podľa zariadenia a situácie dopĺňať informácie z mobilnej siete, Wi-Fi alebo ďalších senzorov. To môže urýchliť prvé určenie polohy alebo pomôcť tam, kde je satelitný signál obmedzený. GPS v smartfónoch využívajú navigačné aplikácie, športové aplikácie, služby založené na polohe či funkcie určené na lokalizáciu zariadenia.
 

Ako funguje GPS v smart hodinkách?

GPS prijímač patrí medzi dôležité funkcie mnohých moderných smart hodiniek s GPS. Umožňuje im počas behu, cyklistiky alebo turistiky zaznamenávať trasu, vzdialenosť, rýchlosť a tempo. Hodinky pritom nevysielajú signál smerom k satelitom. Ich prijímač zachytáva signály vysielané družicami a z nich vypočítava svoju aktuálnu polohu.
 

Vstavané verzus prepojené GPS: Potrebujete pri behu telefón?

Nie všetky smart hodinky a fitness náramky majú vlastný satelitný prijímač. Model so vstavaným GPS alebo GNSS dokáže zaznamenávať trasu aj bez pripojeného telefónu. Pri takzvanom connected GPS získavajú hodinky polohové údaje z GPS prijímača smartfónu. Ak teda chcete behať, bicyklovať alebo chodiť na túry bez telefónu a zároveň mať zaznamenanú trasu, pri výbere si overte, či majú hodinky vlastný GNSS prijímač.
 

„Čakám na signál...“ Prečo hodinkám niekedy trvá určenie polohy?

Po spustení športovej aktivity potrebuje zariadenie získať potrebné údaje zo satelitov a vypočítať prvú polohu. Pri takzvanom studenom štarte môže tento proces chvíľu trvať. Mnohé hodinky preto využívajú asistované určovanie polohy. Pomocné údaje o satelitoch si môžu vopred stiahnuť cez telefón alebo internet, vďaka čomu dokážu prvé zameranie urýchliť. Pred začiatkom športovej aktivity je vhodné chvíľu počkať, kým hodinky potvrdia dostatočný satelitný signál.
 

GPS alebo akcelerometer? Nie je to to isté

Aj hodinky bez vlastného GPS môžu približne odhadovať prejdenú vzdialenosť pomocou akcelerometra. Ten sleduje pohyb zariadenia a spolu s údajmi o počte krokov či dĺžke kroku dokáže odhadnúť vzdialenosť. Akcelerometer však nevie určiť skutočnú polohu na mape. GPS naopak zaznamenáva polohu a priebeh trasy, preto je vhodnejšie pri behu, turistike alebo cyklistike. Moderné inteligentné hodinky často kombinujú viacero senzorov. GPS alebo GNSS sleduje polohu, zatiaľ čo akcelerometer, gyroskop, barometer a ďalšie snímače dopĺňajú informácie o pohybe a aktivite.
 

Presnejšie GPS má svoju cenu: Čo robí s výdržou batérie?

Aktívne satelitné určovanie polohy patrí medzi energeticky náročnejšie funkcie smart hodiniek. Výdrž pri zapnutom GPS preto býva kratšia než pri bežnom každodennom používaní. Vyššiu spotrebu môžu mať režimy, ktoré súčasne využívajú viac navigačných systémov alebo viac frekvenčných pásiem. Ak si vyberáte hodinky na dlhšie túry, cyklistické výjazdy alebo vytrvalostný šport, nepozerajte iba na celkovú výdrž batérie. Dôležitý je najmä údaj o výdrži pri aktívnom GPS alebo GNSS.
 

Od navigácie po záchranné operácie: Kde všade sa GPS využíva?

Satelitná navigácia má oveľa širšie využitie. GPS a ďalšie GNSS systémy sa používajú napríklad v:

• cestnej, leteckej a námornej doprave, 

• turistike, behu a cyklistike, 

• smartfónoch a nositeľnej elektronike, 

• logistike a správe vozových parkov, 

• geodézii a mapovaní, 

• presnom poľnohospodárstve, 

• pátracích a záchranných operáciách, 

• sledovaní vozidiel či zásielok.

V aute sa GPS využíva popri ďalších technológiách, ktoré uľahčujú jazdu a manévrovanie. Kým satelitná navigácia pomáha určovať polohu a viesť vás po trase, kamery do auta zaznamenávajú dianie počas jazdy. Pri parkovaní a manévrovaní v úzkych priestoroch ju zase prakticky dopĺňajú parkovacie senzory a kamery, ktoré pomáhajú vodičovi lepšie odhadnúť okolie vozidla.

GPS má aj menej známu úlohu: Stráži presný čas

GPS nie je dôležité iba pri určovaní polohy. Menej známou, no mimoriadne významnou funkciou systému je presná časová synchronizácia. Satelity používajú veľmi presné hodiny a časové údaje z GPS nachádzajú využitie napríklad v telekomunikačných sieťach, energetike či finančných systémoch. GPS preto nie je iba technológia, ktorá na displeji zobrazí vašu polohu. Je súčasťou rozsiahlejšej infraštruktúry, ktorú využívajú aj systémy, pri ktorých si prítomnosť satelitnej navigácie bežne neuvedomujeme.
 

Tipy z praxe: Ako z GPS získať čo najpresnejšiu polohu?

Používateľ samotné satelity ani podmienky v atmosfére ovplyvniť nedokáže, môže však prijímaču vytvoriť lepšie podmienky. Ak je to možné, používajte zariadenie na mieste s dobrým výhľadom na oblohu. Pred začiatkom behu alebo inej športovej aktivity chvíľu počkajte, kým hodinky alebo telefón potvrdia získanie satelitného signálu. Pri športových smart hodinkách s GPS môže pomôcť aj pravidelná synchronizácia s telefónom, aby mali aktuálne pomocné údaje o satelitoch. Ak zariadenie podporuje viacero GNSS systémov alebo viacpásmový režim, v náročnom teréne môže byť vhodné použiť presnejšie nastavenie. Treba však počítať s tým, že najmä pri hodinkách to môže zvýšiť spotrebu energie.

 

 

Satelitná navigácia napreduje: Kam smeruje GPS?

GPS sa neustále vyvíja. Staršie satelity postupne nahrádzajú nové generácie, modernizujú sa vysielané signály a zlepšujú sa aj prijímače v telefónoch, navigáciách, hodinkách či profesionálnych zariadeniach. Cieľom je presnejšie, spoľahlivejšie a odolnejšie určovanie polohy aj v náročnejších podmienkach. Význam satelitnej navigácie bude zároveň rásť v oblastiach, ako sú inteligentná doprava, drony, automatizácia, logistika či profesionálne mapovanie.
 

GPS na cestách dopĺňa praktická výbava z PLANEO

GPS dnes nájdeme v množstve zariadení, ktoré nám uľahčujú orientáciu aj cestovanie. V aute pritom môže navigáciu dopĺňať ďalšia elektronika a príslušenstvo, ktoré spríjemňujú každodenné používanie vozidla.

Ak si chcete auto vybaviť na ďalšie cesty, v PLANEO nájdete širokú ponuku v kategórii Auto a moto. Praktická elektronika do auta môže doplniť navigáciu o ďalšie užitočné funkcie a v ponuke nájdete aj rôzne príslušenstvo do auta – od držiakov na mobil až po ďalšie vybavenie pre pohodlnejšie cestovanie.