Telefon 787 262 574 ( Pn - Pt 9:00 - 15:00)

Odbiornik GPS – dlaczego jest w smartwatchu i jak działa?

14.12.2025 | 6 MIN

Jak działa wyznaczanie pozycji za pomocą odbiornika GPS w smartwatchu? Jak uzyskać możliwie najwyższą dokładność pozycjonowania? Na te i inne pytania postaram się odpowiedzieć w tym artykule.

Czym jest GPS?

Obecnie GPS bywa mylony z odbiornikami GPS, ale w rzeczywistości jest to satelitarny system nawigacyjny (Global Positioning System) amerykańskiego rządu, który pierwotnie służył celom wojskowym, a od lat osiemdziesiątych jest dostępny również dla użytkowników cywilnych.

Na system składa się 31 satelitów, które na wysokości 19 300 km nad powierzchnią Ziemi obiegają naszą planetę w około 12 godzin z prędkością 11 300 km/h.

Oficjalna nazwa GPS to NAVSTAR, a pierwszy satelita został wyniesiony na orbitę w 1978 roku. Masa jednego satelity to około 900 kg, a rozpiętość (z panelami słonecznymi) wynosi około 5 metrów. Żywotność satelity to ok. 10 lat, dlatego są one sukcesywnie zastępowane nowszymi generacjami.

GPS nie jest jednak jedynym systemem nawigacyjnym. Istnieją także Galileo (UE), GLONASS (Rosja), BeiDou (Chiny), QZSS (Japonia) i NavIC (Indie). Łącznie określa się je mianem globalnych systemów nawigacji satelitarnej (GNSS).

Jak działa wyznaczanie pozycji za pomocą odbiornika GPS?

Pozycja odbiornika GPS jest obliczana metodą trilateracji. Odbiorniki GPS wyznaczają odległość na podstawie czasu, jaki zajmuje transmisja sygnału od konkretnego satelity. Potrzebnych jest jednak kilka takich satelitów.

Aby uzyskać szerokość i długość geograficzną (2D), odbiornik wymaga sygnału od trzech satelitów. Od tych trzech satelitów odbiornik pozyskuje informację o odległości (wokół każdego z satelitów tworzy się okrąg o promieniu równej odległości). Nasza pozycja znajduje się w punkcie przecięcia tych trzech okręgów.

Po lewej trilateracja w przestrzeni 3D, po prawej w 2D. (Źródło: gisgeography.com)

Trilateracja 3D działa podobnie, lecz wokół satelitów tworzą się kule o promieniu równym odległości odbiornika od satelity. Przecięciem jest wtedy okrąg z dwoma punktami. Ponieważ jednak czwartą kulą jest sama Ziemia, możemy wyeliminować drugi punkt (znajdujący się w kosmosie) i tym samym wyznaczyć długość i szerokość geograficzną wraz z wysokością n.p.m. Dla zwiększenia dokładności obliczeń i lepszego wyznaczania wysokości odbiorniki GPS wymagają do tego obliczenia czterech i więcej satelitów.

Źródło: ckamgmt.com

Odległość wyznacza się w bardzo ciekawy sposób. Satelity w ściśle określonym czasie nadają sygnał (pseudolosowy kod), a odbiornik próbuje przeanalizować tę próbkę sygnału w tej samej chwili.

Gdy sygnał satelity „dotrze” do odbiornika, będzie nieco opóźniony względem sygnału, który odbiornik nadawał w tym samym momencie. To odchylenie wynika z czasu, jaki potrzebuje sygnał, by dotrzeć od satelity do odbiornika. Różnicę czasu mnoży się przez prędkość światła, dzięki czemu można obliczyć, jak długo sygnał był w drodze, a następnie wyznaczyć odległość odbiornika od satelity.

Rozumiem, że powyższy akapit jest nieco złożony, więc spróbuję to uprościć. Satelity poruszają się po z góry znanych orbitach (te informacje są przekazywane do samych satelitów). Odbiorniki GPS znają więc położenia poszczególnych satelitów z wyprzedzeniem. W danym momencie odbiornik zaczyna nadawać informację o tym, gdzie satelita powinien się znajdować, przy czym satelita w tej samej chwili również nadaje sygnał.

W tym sygnale zawarta jest między innymi informacja o precyzyjnym czasie, więc odbiornik zsynchronizuje czas z zegarami atomowymi w satelicie, porównuje odchylenia czasowe (powstałe wskutek transmisji sygnału) i na tej podstawie wyznacza odległość.

Smartwatche wykorzystują ciekawą funkcję o nazwie A-GPS. Funkcja ta znacząco przyspiesza ustalenie pozycji przy rozpoczęciu aktywności. A-GPS pomaga urządzeniu określić twoje przybliżone położenie, a więc i zdecydować, z którymi satelitami warto się komunikować, a które są poza zasięgiem.

Jak uzyskać możliwie najwyższą dokładność pozycjonowania?

Jeśli odbiornik GPS uzyska dane od czterech satelitów, potrafi wyznaczyć naszą pozycję z dokładnością do kilku metrów. Cztery satelity nie są jednak maksimum. Ogólna zasada mówi, że im więcej satelitów komunikuje się z odbiornikiem, tym dokładniejsze jest pozycjonowanie. Równocześnie rośnie dokładność wraz z większą liczbą systemów i pasm, na których odbiornik się komunikuje.

Różni producenci oferują więc różne ustawienia pozycjonowania. Zupełną podstawą jest odbiór sygnału GPS. Następnie łączy się dwa systemy nawigacyjne, z których jednym zawsze jest GPS. Jeszcze lepszy jest odbiór wszystkich systemów satelitarnych jednocześnie. Albo przynajmniej wszystkich systemów, z którymi zegarek potrafi się komunikować.

Najlepszym możliwym ustawieniem jest połączenie odbioru wielosystemowego z komunikacją wielopasmową (multi-band). Jeśli smartwatch komunikuje się z satelitą na wielu częstotliwościach, rośnie szansa na poprawne przekazanie informacji.

Amerykański GPS działa w pasmach L1 i L5, indyjski NavIC w paśmie L5, rosyjski GLONASS w paśmie G1, a europejski Galileo w pasmach E1 i E5a.

Odbiór wielopasmowy jest stosunkowo nową technologią i to pasmo dodaje się do satelitów dopiero w ostatnich latach. Ta częstotliwość potrafi rozpoznać, że łączność nie odbywa się po linii prostej, lecz coś ją zakłóca. Dlatego sprawdza się lepiej w zabudowie miejskiej, pod koronami drzew itp.

Warto jednak podkreślić, że im więcej systemów i pasm obsługuje urządzenie, tym krótszy staje się czas pracy baterii smartwatcha.

12.12.2025
Smartwatche – Żywotność baterii i czynniki, które na nią wpływają

Jeśli kupujesz smartwatch, w specyfikacji produktu najczęściej znajdziesz informację, ile systemów obsługuje i czy potrafi komunikować się wielopasmowo.

Na jakość odbioru wpływają oczywiście również czynniki zewnętrzne, takie jak wysokie budynki, lasy czy nawet pogoda.

Czy we wszystkich smartwatchach i opaskach znajdziemy GPS?

Dziś staje się standardem, że każdy porządny smartwatch ma odbiornik GPS. Najczęściej nie znajdziemy go jedynie w tańszych smartwatchach, opaskach (bo to dość drogi sensor) albo w zegarkach hybrydowych, gdzie pozycjonowanie „wyssałoby” baterię. Istnieją jednak sposoby, by w pewnym stopniu zastąpić GPS.

Pierwszym jest akcelerometr, który potrafi wykryć, kiedy idziemy, i na podstawie długości kroku przeliczyć to na przebyty dystans. Drugim jest połączenie ze smartfonem, gdy smartwatch pobiera dane o pozycji z odbiornika GPS wbudowanego w telefon. Jeśli nie dojdzie do połączenia z telefonem, wykorzystuje się właśnie akcelerometr.

15.12.2025
Akcelerometr – po co jest w smartwatchach?

Zaletą zegarków bez GPS jest często niższa cena zakupu. Wadą natomiast to, że przy wyznaczaniu pozycji za pomocą telefonu jesteś uzależniony od jego czasu pracy, który może być krótszy niż w smartwatchu. Minusem akcelerometru jest z kolei to, że jego pomiar daje jedynie szacunek odległości. Technologia GPS pozostaje więc najlepszą dostępną metodą pomiaru odległości, prędkości czy tempa.

Jeśli chodzi o jakość GPS, w smartwatchach jest dziś dość podobnie (często używają chipsetów tych samych producentów). Producenci implementują odbiór wielosystemowy i wielopasmowy w każdym nowo wydawanym modelu albo przynajmniej z pewnością zrobią to w przyszłości. W końcu zegarki sportowe wymagają jak najlepszego zapisu trasy, ponieważ od niego wyliczanych jest mnóstwo innych metryk.

Najczęściej nie wybiera się więc już tak bardzo pod kątem jakości zapisu trasy, lecz raczej czasu pracy z włączonym GPS.