GPS određuje položaj uređaja pomoću radio-signala koje prima od satelita i matematičkog proračuna njihovog vremena putovanja. Telefon ili navigacioni uređaj ne dobija gotovu informaciju o tome gde se nalazi, već iz više signala izračunava sopstvenu udaljenost od satelita čiji su položaj i vreme poznati. Kada se ta merenja ukrste, prijemnik dobija koordinate koje zatim aplikacija prikazuje kao tačku na mapi. Ceo postupak može da traje veoma kratko, ali iza njega stoje precizni časovnici, korekcije signala i složen geometrijski račun.
Sateliti šalju podatke o položaju i vremenu
GPS sateliti neprekidno emituju radio-signale koji sadrže podatke o njihovoj orbiti i veoma preciznom vremenu slanja. Prijemnik na Zemlji čita te informacije i beleži kada je signal stigao. Pošto radio-signal putuje poznatom, veoma velikom brzinom, razlika između trenutka slanja i prijema može da se iskoristi za procenu udaljenosti do satelita.
Za takav sistem vreme mora biti izuzetno precizno. Sateliti zato koriste atomske časovnike, dok telefon ili navigacija imaju mnogo manje precizan ugrađeni sat. Upravo zbog toga prijemnik ne može jednostavno da meri udaljenost i završi račun, već mora da istovremeno proceni i grešku sopstvenog vremena.
Više satelita omogućava određivanje položaja
Jedan signal nije dovoljan da uređaj odredi gde se nalazi. Ako je poznata samo udaljenost od jednog satelita, prijemnik može da zna da se nalazi negde na velikoj zamišljenoj površini oko njega. Kada dobije podatke sa više satelita, broj mogućih položaja se smanjuje sve dok se ne pronađe rešenje koje odgovara svim merenjima.
U stvarnom GPS proračunu obično su potrebna najmanje četiri satelita. Tri omogućavaju određivanje položaja u idealizovanom geometrijskom modelu, dok četvrti podatak omogućava da se zajedno izračuna odstupanje sata prijemnika. Dodatni sateliti mogu da poboljšaju stabilnost rešenja, posebno kada su dobro raspoređeni na nebu.
Raspored satelita je važan koliko i njihov broj. Ako su svi signali približno iz istog pravca, geometrija merenja je nepovoljnija i greška položaja može biti veća. Kada su sateliti raspoređeni na različitim delovima neba, prijemnik dobija kvalitetniju osnovu za izračunavanje lokacije.
Kako vreme putovanja postaje udaljenost
Prijemnik poredi podatak o trenutku slanja sa trenutkom prijema i iz te razlike procenjuje koliko je signal putovao. Ako se signal prima sa određenim vremenskim zakašnjenjem, ono se pretvara u procenjenu udaljenost. Taj princip je jednostavan, ali u praksi zahteva veoma precizna merenja jer i mala vremenska greška može izazvati primetno pomeranje izračunate lokacije.
Radio-signal ne prolazi kroz atmosferu potpuno isto kao kroz prazan prostor. Jonosfera i troposfera mogu uticati na njegovo širenje, pa prijemnik koristi modele i korekcije kako bi smanjio grešku. Savremeni sistemi mogu koristiti i dodatne podatke iz drugih satelitskih navigacionih sistema, čime se dobija više merenja za isti proračun.
Od izračunatih koordinata do mape
Kada prijemnik pronađe matematičko rešenje, rezultat je položaj izražen koordinatama. One mogu sadržati geografsku širinu i dužinu, a u odgovarajućim uslovima i podatak o visini. GPS sam po sebi ne mora da zna naziv ulice ili objekta koji se nalazi na toj tački.
Aplikacija zatim povezuje koordinate sa digitalnom mapom i prikazuje ih kao oznaku na ekranu. Zato određivanje lokacije i navigacija nisu potpuno ista stvar. GPS daje podatak o položaju, dok softver koristi taj podatak za prikaz mape, računanje rute, određivanje najbliže ulice ili druge funkcije.
Zašto GPS ponekad pokazuje pogrešnu lokaciju
Kvalitet signala može da bude slabiji između visokih zgrada, u zatvorenim prostorima, ispod guste vegetacije ili na mestima gde se signal odbija od okolnih površina. Odbijeni signal može stići do prijemnika duž duže putanje i navesti ga da proceni veću udaljenost nego što ona zaista jeste. Zbog toga se tačka na mapi ponekad pomera ili kratkotrajno „skače“.
Savremeni telefoni zato često kombinuju GPS sa drugim izvorima podataka, uključujući mobilne mreže, Wi-Fi i druge satelitske navigacione sisteme. Ti izvori mogu pomoći da se lokacija brže odredi ili stabilizuje kada GPS signal nije idealan. Ipak, osnovni princip ostaje isti: uređaj prikuplja podatke, procenjuje udaljenosti i matematički pronalazi položaj koji najbolje odgovara dostupnim signalima.
