GPS – Geneza oraz działanie najpopularniejszego systemu geolokalizacji

Artykuł aktualizowany: Lipiec 2026

Najważniejsze informacje z artykułu:

• System GPS określa naszą pozycję w czasie rzeczywistym na podstawie wyliczenia odległości od minimum trzech z 31 aktywnych satelitów krążących na orbicie.
• Na dokładność pomiaru wpływają m.in. przeszkody fizyczne (drzewa, budynki), prędkość poruszania się oraz brak aktualnych danych (efemeryd) o położeniu satelitów.
• Aby zwiększyć precyzję zapisu trasy, warto połączyć w zegarku działanie GPS z innymi dostępnymi systemami nawigacyjnymi, takimi jak GLONASS, Galileo czy Beidou.

Korzystamy z niego niemalże codziennie, często nawet nieświadomie. Wyszukujemy restaurację w okolicy, gdzie wyjdziemy na obiad ze znajomymi, sprawdzamy rozkład jazdy autobusu na pobliskim przystanku czy rejestrujemy trasę naszego treningu. System GPS wykorzystywany jest w całej masie urządzeń, aby ułatwić nam życie i robi to od prawie 30 lat. Jak jednak działa GPS oraz jak zwiększyć jego dokładność oraz na jakie problemy możemy natrafić podczas użytkowania? Odpowiedzi na te oraz wiele więcej pytań znajdziecie w kolejnych akapitach.

Historia i powstanie systemu GPS

System GPS (a konkretnie NAVISTAR Global Positioning System) powstał na bazie innego systemu – Transit (NAVSAT), który był pierwszym systemem lokalizacji o zasięgu globalnym (GNSS). Ze względu na ograniczenia systemu Transit (dokładność do 200 m, przerwy w odbiorze sygnału) zdecydowano się na stworzenie udoskonalonego systemu, który miał wyznaczać pozycję w czasie rzeczywistym, z dostępnością na całej kuli ziemskiej.

Od tego czasu moduły odbierające sygnał z GPS trafiły do dziesiątek milionów urządzeń na całym świecie – od komputerów nawigacji lotniczych do zegarków sportowych.

Elementy składowe systemu GPS

• Satelity GPS – znajdują się na orbitach zlokalizowanych około 20 187 km nad poziomem morza (dla zobrazowania to jest 2 281 razy wysokość Mount Everestu). Satelity w ciągu doby okrążają ziemię 2 razy. Każda wyposażona jest w zegar atomowy o dokładności synchronizacji ok. 1μs. Obecnie aktywnych jest 31 satelitów.

• Stacje naziemne – zlokalizowane w okolicy równika, aby monitorować ruch satelitów. Jest ich 12 i rozmieszczone są tak, żeby każdy działający satelita systemu był ciągle widoczny w minimum dwóch stacjach jednocześnie. Główna stacja (Schriever AFB) wylicza nowe parametry orbit (efemerydy), wysyłane nie rzadziej niż co 48 godzin.

• Odbiornik (np. zegarek sportowy) – urządzenie odbierające sygnał. Co ważne, jest to tylko odbiornik, z którego wyliczana jest odległość. Nie można go "śledzić", dopóki nie udostępni tych danych przez inny nadajnik (np. moduł GSM).

Jak działa system GPS

W momencie kiedy odbiornik uzyska sygnał z minimum trzech satelitów, może określić naszą pozycję na podstawie ich wzajemnego położenia i odległości od naszego urządzenia. Możemy to sobie wyobrazić jako wyliczenie wierzchołka ostrosłupa o podstawie trójkąta. Znając długości krawędzi, jesteśmy w stanie znaleźć tylko jeden punkt odpowiadający naszej lokalizacji. Kiedy dotrze sygnał z czwartego satelity, urządzenie określi także naszą wysokość n.p.m.

Im więcej satelitów złapiemy, tym precyzyjniej odbiornik określi nasze położenie. W każdym miejscu na Ziemi znajdujemy się w zasięgu minimum 6 satelitów, choć zazwyczaj ta liczba oscyluje wokół 8-9 widocznych obiektów.

Selective Availability

Do 1 maja 2000 roku system mógł być uruchomiony w trybie Selective Availability, czyli z celowym ograniczeniem dokładności dla sektora cywilnego. Dopiero decyzją prezydenta Billa Clintona w 2000 r. udostępniono pełnię możliwości systemu GPS dla cywilów, co zapoczątkowało jego masową ekspansję na rynku urządzeń codziennego użytku.

Prędkość łapania sygnału GPS

Żeby zegarek połączył się z satelitą, musi pobrać z niej identyfikator. Problem wynika z tego, że identyfikatorów trzeba pobrać minimum 3, a każde przerwanie pobierania wymusza rozpoczęcie procesu od nowa. Stąd czasem obserwujemy "cofanie się" paska łapania sygnału na ekranie zegarka.

Szybkość połączenia zależy również od tego, czy urządzenie ma w pamięci aktualne efemerydy (informacje, gdzie szukać satelitów). Jeśli plik jest aktualny, połączenie trwa sekundy. Jeśli nie – może to potrwać nawet kilka minut. Prędkość łapania sygnału zależy też od punktu startowego: jeśli zaczynamy trening w Warszawie, a poprzedni skończyliśmy w czeskiej Pradze, urządzenie będzie szukać nas dłużej.

Co wpływa na dokładność pomiaru GPS?

W optymalnych warunkach dokładność wynosi około 4 metrów. Często jednak nie mamy idealnych warunków pomiarowych. Największy wpływ na dokładność mają:

• Przeszkody architektoniczne i terenowe: Zalesienie lub wysokie budynki zasłaniają niebo. Urządzenie zbiera wtedy sygnał "odbity", co sztucznie wydłuża czas jego dotarcia do odbiornika, generując błędy odległościowe.
• Zbyt wolny ruch w miejscu: System GPS "lubi" poruszanie się z wyższą prędkością w jednym kierunku. Gdy stoimy w miejscu, urządzenie rejestruje tzw. pływanie punktu (mikro-ruchy z dokładnością np. 6 m). Rejestracja postoju może skutkować doliczeniem nawet kilkuset dodatkowych metrów do dystansu.
• Czynniki naturalne: Odległość ponad 20 tys. kilometrów sprawia, że na sygnał wpływają m.in. zjawiska w jonosferze, ruchy płyt tektonicznych czy przyciąganie grawitacyjne Księżyca i Słońca.

Jak zwiększyć dokładność GPS?

Najprościej można to zrobić poprzez wykorzystanie w zegarku innych systemów pozycjonowania wspierających GPS – takich jak GLONASS, Galileo lub Beidou. Poprzez połączenie sił dwóch różnych systemów można zniwelować błędy pomiarowe. Warto również unikać zasłaniania odbiornika na nadgarstku (np. chowania go głęboko pod grubą, mokrą kurtką zimową).

Dlaczego jeden zegarek rejestruje trasę lepiej, a inny gorzej?

Czynników jest cała masa. Zazwyczaj w jednym miejscu dokładniejszy będzie jeden sprzęt, a w innym drugi – różnica 50 m na dystansie 10 km z punktu widzenia amatorskiego treningu jest pomijalna. Aby precyzyjnie porównać urządzenia, trzeba by z nimi biec dokładnie w tej samej chwili i przy identycznej architekturze terenu. Jeśli zależy nam na idealnie wymierzonym, co do metra dystansie, pozostaje nam iść na certyfikowaną bieżnię lekkoatletyczną :)

Podsumowanie

System GPS jest niewiarygodnie skomplikowaną architekturą. Gdy pierwsze urządzenia trafiły w ręce cywilów, odbierano je niczym magię. Niesamowity skok techniczny ostatnich dwóch dekad sprawił, że dziś naturalnie wyznaczamy trasy, śledzimy przesyłki czy analizujemy treningi sportowe, kompletnie zapominając, że korzystamy ze wskaźników przesyłanych przez obiekty mknące tysiące kilometrów nad naszymi głowami z prędkością 14 tys. km/h.

Zobacz także: Jak włączyć Garmin Move IQ!

Działanie systemu GPS – FAQ