Die kurze Antwort: Bei klarem Himmel lesen moderne Handys die Geschwindigkeit auf eine halbe Meile pro Stunde genau ab. Die lange Antwort umfasst Atomuhren, Doppler-Verschiebungen und einen Physik-Trick aus den 1970ern, der dein Handy erstaunlich gut darin macht, dir zu sagen, wie schnell du fährst. Hier ist das ganze Bild.
Die Zahl, der du trauen kannst
Beim alltäglichen Autofahren, Radfahren oder Laufen mit freiem Blick zum Himmel ist die GPS-Geschwindigkeit, die ein aktuelles iPhone oder Android-Handy anzeigt, auf etwa ±0,5 mph (rund ±0,8 km/h) genau. Das ist deutlich besser als die 3 bis 5 mph Fehler, die in jedem werkseitigen Auto-Tachometer eingebaut sind, und weit besser als das, was Leute annehmen, wenn sie "GPS auf einem Handy" hören.
Die Genauigkeit kommt aus zwei unabhängigen Messungen, die das Handy kombiniert. Die meisten Erklärungen zu GPS beschreiben nur die erste davon, deshalb denken viele Leute, GPS-Geschwindigkeit sei viel ungenauer, als sie tatsächlich ist.
Methode 1: Position über Zeit
Der naive Weg, aus GPS eine Geschwindigkeit zu berechnen, ist, zwei Positionen im Abstand einer Sekunde aufzunehmen, die Entfernung dazwischen mit der Haversine-Formel zu berechnen (die passende Formel für Entfernungen auf einer Kugel) und durch die verstrichene Zeit zu teilen. Strecke durch Zeit ergibt Geschwindigkeit.
Das funktioniert, ist aber verrauscht. Jeder Positionswert hat seinen eigenen Fehler von einigen Metern. Wenn das Handy die Differenz zweier solcher Werte bildet, verstärkt es diesen Fehler. Ein Rauschen von 3 Metern bei zwei aufeinanderfolgenden Werten im Sekundenabstand erzeugt eine Scheingeschwindigkeit von rund 6,7 mph, die nichts damit zu tun hat, wie schnell du tatsächlich fährst. Ältere GPS-Apps, die nur auf diese Methode gesetzt haben, waren bekanntlich nervös bei niedrigen Geschwindigkeiten.
Methode 2: die Doppler-Verschiebung
Jeder GPS-Satellit sendet auf einer bekannten Trägerfrequenz, 1575,42 MHz für das L1-Band. Wenn du dich auf einen Satelliten zu oder von ihm weg bewegst, kommt die Frequenz an deinem Handy leicht gestaucht oder gedehnt an, genau wie sich die Tonhöhe einer Krankenwagensirene ändert, wenn sie an dir vorbeifährt. Das Maß der Frequenzverschiebung, gemessen gegen die bekannte Bahngeschwindigkeit des Satelliten, liefert deinem Handy die radiale Komponente deiner Bewegung relativ zu diesem Satelliten.
Aus den gleichzeitig gemessenen Verschiebungen von vier oder mehr Satelliten kann dein Handy direkt deinen dreidimensionalen Geschwindigkeitsvektor lösen. Entscheidend ist: diese Rechnung hängt nicht davon ab, dass die Position des Handys genau ist. Sie hängt von der Frequenz ab, und die misst das Handy mit deutlich höherer Präzision als die Position. Doppler-abgeleitete Geschwindigkeit ist typisch auf 0,1 m/s genau, etwa 0,2 mph.
Moderne GPS-Chips berechnen beide Zahlen und melden, welche gerade zuverlässiger ist. Bei stetigem Autobahntempo stimmen die beiden Methoden eng überein. Im Stand ist die Positionsmethode im Wesentlichen Rauschen, die Doppler-Methode meldet aber korrekt null.
Was die Genauigkeit verschlechtert
Die ±0,5-mph-Angabe geht von idealen Bedingungen aus. Die reale Genauigkeit hängt von fünf Faktoren ab, grob in absteigender Reihenfolge der Wirkung:
- Sicht zum Himmel. Das Handy braucht eine direkte Sichtlinie zu mindestens vier Satelliten für einen Fix, und sieben oder mehr für eine robuste Geschwindigkeitslösung. In Innenräumen fällt die Genauigkeit stark ab oder versagt ganz.
- Mehrwegereflexionen. In einer Stadt mit hohen Gebäuden werden Satellitensignale von Glas und Metall reflektiert, bevor sie dich erreichen. Die reflektierten Signale haben einen längeren Weg zurückgelegt, das Handy errechnet also eine größere Entfernung, und deine scheinbare Position wandert. Das ist das klassische "Urban-Canyon"-Problem.
- Atmosphärische Verzögerung. Signale wandern durch Ionosphäre und Troposphäre langsamer als durch das Vakuum. Das Handy nutzt ein Modell zur Korrektur, aber an Tagen mit Sonnenstürmen kann das Modell um einen oder zwei Meter danebenliegen.
- Anzahl der Satelliten. Moderne Handys hören GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou und QZSS ab, oft mit 10 bis 20 Satelliten gleichzeitig. Die Genauigkeit verbessert sich mit mehr Satelliten, weil die Geometrie der Lösung besser wird.
- Kaltstart vs. Warmfix. War dein Handy lange aus oder in einer Art Faraday-Käfig, kann der erste GPS-Wert nach dem Aufwachen 30 bis 90 Sekunden brauchen, bis er sich einschwingt. Sobald der Chip einen Warmfix hat, aktualisieren sich die Werte mehrmals pro Sekunde.
Was "Genauigkeit" in der API tatsächlich bedeutet
Wenn eine Webseite oder App die Geolocation-API des Browsers
aufruft, kommt jeder Positionswert mit einer angegebenen
accuracy in Metern. Das ist die halbe Breite eines
68-Prozent-Konfidenzkreises. Eine Genauigkeit von 5 Metern
bedeutet, dass deine wahre Position mit hoher Wahrscheinlichkeit
innerhalb von 5 Metern um den Wert liegt, eine Genauigkeit von
50 Metern bedeutet, dass deine Position grob, aber nicht
präzise bekannt ist.
GPS Speedometer behandelt alles unter 25 Metern Genauigkeit als "GPS Ready" und zeigt einen grünen Statusanzeiger. Über 25 Metern zeigt es "Acquiring" an und wartet auf einen engeren Fix. In der Praxis erreichst du den grünen Zustand innerhalb von 5 bis 30 Sekunden, sobald du draußen bist.
Wie Handys im Vergleich zu eigenständigen GPS-Empfängern abschneiden
Ein eigenständiges Auto-GPS, ein vermessungstauglicher Empfänger oder eine Rennsport-Telemetriebox kosten ein Vielfaches eines Handys und sind bei der Geschwindigkeit oft nur unwesentlich genauer. Die kleinere Antenne des Handys wird durch aggressive Signalverarbeitung im Chip und den Zugriff auf das Mehrkonstellationssystem ausgeglichen. Für eine Gelegenheitsnutzerin oder einen Gelegenheitsnutzer, die ihren Auto-Tacho prüfen oder eine Radtour aufzeichnen, ist der Abstand zwischen Handy und eigenständigem GPS-Gerät vernachlässigbar.
Dort, wo eigenständige Empfänger gewinnen, ist Vermessungsgenauigkeit (Zentimeter, nicht Meter), Dauerbetrieb unter dichter Baumkrone und reine Bandbreite (Aufzeichnung mit 100 Hz oder mehr für Drag Racing). Lockere Geschwindigkeitschecks brauchen nichts davon.
Wie Handy-GPS im Vergleich zu deinem Auto abschneidet
Ein werkseitiger Auto-Tacho zeigt bauartbedingt 2 bis 5 mph zu hoch. Die GPS-Geschwindigkeit eines Handys liest sich auf 0,5 mph genau wahr. Wenn die beiden also nicht übereinstimmen, ist GPS der ehrliche. Das haben wir ausführlich behandelt in warum der Tacho deines Autos einen anderen Wert als das GPS zeigt.
Wie Handy-GPS im Vergleich zum Maßband abschneidet
Für einen kleinen Heimtest: Fahre genau eine Minute lang konstant 30 mph. Notiere den Tachostand vor und nach. Die erwartete Strecke ist 0,5 Meilen. Ist der Kilometerzähler deines Autos ehrlich kalibriert, stimmt die GPS-abgeleitete Strecke einer Logging-App auf wenige Prozent damit überein. Ältere Autos mit abgefahrenen oder Nicht-Serien-Reifen können mehrere Prozent Fehler zeigen. Moderne Autos stimmen meist auf 1 Prozent überein.
Wenn Handy-GPS falsch liegt
Es gibt echte Fehlerquellen, die du kennen solltest:
- Tunnelausfahrten. Der GPS-Chip des Handys speichert die zuletzt bekannte Geschwindigkeit zwischen. Wenn du aus einem Tunnel kommst, wird die gespeicherte Geschwindigkeit eine oder zwei Sekunden lang angezeigt, bis der neue Fix da ist. Hast du im Tunnel stark verzögert, ist der gezeigte Wert zu hoch, bis der neue Fix landet.
- Zugfahrten. In einem Metallwaggon mit Fensterglas, das Signale reflektiert, kann das Handy deine Geschwindigkeit deutlich niedriger angeben als die echte Geschwindigkeit des Zugs. Dasselbe gilt für Aufzüge und metallgedeckte Parkhäuser.
- Plötzliche Stopps auf langem Gefälle. Die Doppler-Verschiebung geht von einem stetigen Bewegungsmodell aus. Sehr plötzliche Geschwindigkeitsänderungen können einen kurzen Überschwinger in beide Richtungen erzeugen, bevor sich der Chip stabilisiert.
- Ältere Geräte. Ein über 5 Jahre altes Handy kann einen älteren GPS-Chipsatz haben, der weder Mehrkonstellation noch genauen Doppler unterstützt. Solche Handys sind bei niedrigen Geschwindigkeiten spürbar schlechter.
Das Praxisfazit
Für alle Alltagsfälle (Autofahren, Radfahren, Laufen, Wandern, Bootfahren mit Himmelssicht) ist ein modernes Handy mit GPS genau genug, um ihm zu vertrauen. Es sagt dir deine echte Geschwindigkeit auf eine halbe Meile pro Stunde genau, in Echtzeit, ohne Kalibrierung. Der Web-Tachometer auf gpsspeedometer.io nutzt exakt den Wert, den der Browser ihm aus dem GPS-Stack des Betriebssystems liefert, leicht geglättet, damit er nicht flackert.
Für den technischen Tiefenblick darauf, wie der Browser die GPS-Geschwindigkeit der Seite zur Verfügung stellt, siehe wie ein Browser deine Geschwindigkeit misst. Um den Tacho deines eigenen Autos gegen GPS zu prüfen, siehe unsere Anleitung zur Prüfung der Tachogenauigkeit.