Как работает GPS в часах и почему трек плывёт

GPS в часах работает по тому же принципу, что и в телефоне: приёмник ловит сигналы спутников и по времени их прихода вычисляет, где он находится. Поэтому трек выглядит ровным там, где небо открыто, и начинает плыть там, где сигнал отражается от зданий, ослабляется листвой или пропадает совсем. Ниже разобрано, что происходит внутри часов и что можно сделать, чтобы дистанция и темп стали надёжнее.

Как GPS находит место

Каждый навигационный спутник непрерывно передаёт сигнал с точным временем и данными о том, где он находится на орбите. Приёмник в часах принимает эти сигналы и измеряет, сколько времени каждый из них шёл до него. Зная расстояние до нескольких спутников, он определяет точку на поверхности Земли.
Для полного трёхмерного решения нужно видеть минимум четыре спутника. Трёх хватает для координат, а четвёртый нужен, чтобы согласовать время внутри самих часов. Часы маленькие и недорогие, поэтому их собственный таймер менее точен, чем атомные часы на спутнике.
Трек не записывается сплошной линией. Часы каждую секунду или около того вычисляют новую точку, а из этих точек складывается маршрут. Из-за шума каждая точка немного уводит маршрут в сторону, и каждый такой зигзаг добавляет лишний метраж.

Холодный старт и первый поиск

Когда часы включают GPS впервые или долго лежали без связи с ним, они не знают, какие спутники сейчас над горизонтом и где они находятся. Этот первый поиск называют холодным стартом. Он может занять от нескольких десятков секунд до нескольких минут.
Что делать: выйти на открытое место, запустить тренировку или запись и подождать, пока часы сообщат, что сигнал найден. Не стоит начинать тренировку, пока статус всё ещё показывает поиск. Первые точки, записанные до захвата, часто смещены, и трек начинается не с того места.
Некоторые часы ускоряют поиск: получают данные о спутниках через подключённый телефон или интернет. Это работает не во всех моделях и не отменяет необходимости открытого неба.

Почему трек плывёт

Главные причины связаны с препятствиями и с тем, как держат часы. Их влияние заметнее, чем кажется, и результат обычно предсказуем.

Открытое небо против высоток, деревьев и тоннелей

Сигнал спутника приходит сверху и слабеет, проходя через здания, листву и стены. Рядом с высокими домами часть сигнала отражается от фасадов и приходит к часам с опозданием. Приёмник получает прямой и отражённый сигналы вперемешку, и точка смещается. Отсюда зигзаги и скачки на улицах между высотками.
В лесу трек обычно рваный: кроны ослабляют сигнал, и часть точек уходит в сторону. В тоннеле, метро или под крышей парковки сигнала нет совсем. Часы либо отмечают пропуск, либо оценивают путь по датчикам, в зависимости от модели. После выхода трек продолжается с новой точки, и на месте пропуска может появиться прямая линия.

Положение запястья

Антенна находится в корпусе, а корпус на руке, поэтому то, как вы держите руку, тоже влияет на приём. Если рукав куртки закрывает часы, локоть прижат к телу или запястье согнуто так, что корпус смотрит вниз, сигнал заметно слабеет. При беге рука постоянно движется, и условия приёма меняются от секунды к секунде.
Чем меньше препятствий между корпусом и небом, тем стабильнее трек. Поэтому в начале тренировки не прячьте часы под рукавом и не закрывайте их ладонью.

Часы или телефон: чей трек точнее

Часы без собственного GPS определяют маршрут только через телефон, который передаёт данные по Bluetooth. Часы со своим приёмником могут записать тренировку и без телефона рядом. У каждого варианта свои плюсы и минусы.
Часы со своим GPS пишут маршрут сами и не теряют запись, если телефон остался дома.
Постоянный приём сигнала заметно сокращает время работы от батареи.
Телефон в кармане или на поясе часто даёт трек не хуже, чем часы на запястье.
Часы без собственного GPS не запишут маршрут, если телефон далеко или выключен. Ни один трек не является эталоном. Чтобы понять, насколько точны ваши часы, пройдите один и тот же маршрут с телефоном и часами одновременно и сравните результаты. Это честнее любой общей цифры.

Спутники, частота записи и батарея

GPS — американская система, но современные часы обычно работают и с другими: ГЛОНАСС, европейской Galileo и китайской BeiDou. Приёмник, который видит спутники сразу нескольких систем, находит больше сигналов, и на улице решение получается быстрее и устойчивее.
Двухчастотный приём использует два диапазона частот вместо одного. Так часы точнее учитывают задержку сигнала в атмосфере, а в городе меньше ошибаются из-за отражений от стен. Функция есть не у всех моделей. Если её нет, открытое небо важнее любой технической детали.
Частота записи — это то, как часто часы сохраняют точку. В режиме тренировки обычно это примерно раз в секунду. Чем чаще запись, тем точнее повороты и темп на коротких отрезках, но тем быстрее садится батарея. В режимах экономии часы пишут точки реже, и на поворотах трек становится угловатым. Как сохранить заряд, разобрано в советах по батарее.
Темп обычно сглаживается, потому что часы усредняют последние секунды. Поэтому после резкого ускорения или на интервалах показания отстают. Это особенность расчёта, а не ошибка часов.

Ожидаемая точность в разных условиях

Точность зависит от модели, прошивки и погоды, поэтому таблица показывает порядок величин, а не гарантию.

Как получить точнее дистанцию и темп

Несколько простых привычек часто важнее настроек:

1. Перед стартом выйдите на открытое место и дождитесь, пока часы найдут спутники. Только потом запускайте тренировку.
2. Если есть выбор маршрута, берите улицы без высоких домов или парк с широкими дорожками.
3. Не закрывайте часы рукавом и ладонью на протяжении всей тренировки.
4. Для важной дистанции записывайте маршрут одновременно на телефон или второе устройство и сравните результат.

Беговая дорожка и калибровка

На беговой дорожке GPS не работает: сигнал спутников в помещении слишком слаб. Часы оценивают дистанцию по шагам и движению руки с помощью акселерометра, то есть так же, как счётчик шагов. Это приближение, поэтому расхождение с дисплеем тренажёра обычно есть, и оно не означает поломку.
Калибровка переводит шаги в метры. Обычно её делают так: пробегают известный отрезок на улице с GPS или проходят дорожку несколько минут при ровной скорости, сравнивают дистанцию в часах с эталоном и меняют коэффициент в настройках. Дисплей дорожки тоже приблизителен, поэтому полезнее сравнить несколько проходов.
Коэффициент относится к вашей походке и скорости. Если они заметно изменились, проверьте калибровку снова.

Частые вопросы

Почему часы показывают больше, чем я прошёл?

Чаще всего причина в зигзагах трека: каждый сдвиг точки добавляет лишний путь, и эти добавки суммируются. Если трек выглядит ровным, а разница всё равно велика, проверьте калибровку и сравните запись с телефоном на том же маршруте.

Можно ли начинать тренировку сразу после выхода из дома?

Лучше подождать, пока часы сообщат о найденном сигнале. Если стартовать сразу, первые точки могут быть смещены, и темп в начале будет неверным. Для коротких интервалов это заметнее, чем для ровного бега.

Почему GPS не работает дома?

Сигнал спутников очень слабый, и стены с крышей его заметно ослабляют. Приёмник не может выделить такой сигнал из шума внутри здания. Поэтому дома часы опираются на датчики движения, а не на спутники, и точность дистанции в этом случае ниже.