GPS fix, AGPS, comment booster votre montre GPS

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Cet article m’a été suggéré lors d’un Facebook Live.

C’est vrai que quand on achète une montre GPS, on a envie qu’elle mesure réellement la distance parcourue quand on s’entraine. Pendant une course, on veut pouvoir s’y fier pour adapter son allure. A la fin d’un marathon, il y a de quoi être déçu si elle indique une distance totale parcourue de 43,5km. Et dans tous les cas, on n’aime pas attendre 10 minutes qu’elle capte le signal des satellites GPS avant de partir…

Il y a plusieurs sources d’erreurs qui impactent la précision d’une montre GPS et pour lesquelles on ne peut pas faire grand chose.

Mais il y a aussi des petites choses toutes simples que vous pouvez mettre en pratique et qui amélioreront les performances de votre montre GPS.

Définitions

Avant d’aller plus loin, je vais vous expliquer quelques définitions techniques.

• GPS fix : c’est le temps « d’accroche » d’un récepteur GPS. Concrètement, votre montre GPS reçoit les signaux de différents satellites GPS et effectue des calculs en temps réel pour arriver à se positionner. Lorsqu’elle valide les calculs pour au moins 4 satellites, elle vous donne le feu vert pour lancer votre activité.
• Ephémérides : c’est une table donnant les paramètres qui décrivent l’évolution d’un phénomène en fonction du temps. Ca, c’est la définition du dictionnaire. Vous connaissez certainement les éphémérides donnant une prévision des horaires des marées. Pour un satellite, les éphémérides permettent de calculer sa position et sa vitesse à n’importe quel moment, même dans le futur. Ces données sont indispensables pour calculer la position relative d’un récepteur.
• AGPS : assisted GPS, une technologie pour améliorer le positionnement par GPS. En gros, il s’agit d’utiliser Internet pour télécharger les éphémérides des satellites, en vue d’accélérer les calculs pendant le GPS fix.

Ce qui se passe quand votre montre cherche le signal GPS

Quand vous allumez un récepteur GPS (montre ou GPS de rando), pour la première fois, il doit recevoir les données de l’horloge atomique et la position d’au moins 4 satellites pour pouvoir calculer sa propre position.  C’est le TTFF (time to first fix). En effet, il faut connaître la position exacte de 4 satellites pour avoir 4 points de référence.

Ensuite, il faut mesurer le délai de propagation du signal (qui voyage à la vitesse de la lumière) entre chacun de ces 4 satellites et le récepteur pour pouvoir calculer la distance qui sépare chaque satellite du récepteur.

A partir de là, par triangulation, le récepteur en déduit sa propre position. Bon, techniquement, 3 suffisent pour trouver une position sur une carte. Mais il en faut un quatrième pour mesurer l’altitude.

Chaque satellite ayant sa propre fréquence de communication, la montre va choisir (au hasard) et écouter plusieurs de ces fréquences. Une fois qu’elle capte le signal d’un premier satellite, le téléchargement des éphémérides commence. Le processus est lent, car le transfert se fait à 50bit/s (non, je n’ai pas oublié de M ou de k, on parle bien de 50bit/s).

Voilà un exemple d’éphémérides pour le satellite GPS numéro 24. On y trouve les coordonnées du satellite dans le système WGS 84, sa vitesse, la correction d’horloge, la correction ionosphérique.

La montre GPS va pouvoir se servir de ces informations pour éliminer tous les satellites qui se trouvent de l’autre côté de la Terre et qui donc ne sont pas « visibles ». Elle va poursuivre sa recherche des satellites qu’elle pense être visibles, jusqu’à l’acquisition du signal de 4 satellites différents.

Ca peut prendre plusieurs minutes. Ce délai dépend de paramètres comme votre position, l’environnement qui vous entoure, la taille et l’orientation de l’antenne, etc.

Il ne faut pas bouger pendant la recherche des satellites. Comme votre montre calcule votre position relative par rapport aux satellites, si vous bougez (si vous partez courir avant qu’elle indique 100% par exemple), vous bousillez tous ses calculs.

Ca aura 2 conséquences :

• Le GPS fix sera encore plus long que si vous étiez resté immobile
• La montre n’ayant pas validé le signal de 4 satellites, il y aura une grosse imprécision dans votre positionnement (trace pourrie, distance et vitesse fausses)

L’utilité des éphémérides GPS

Pour vous en convaincre, vous pouvez faire le test suivant :

• Fix à froid : lancez la recherche du signal GPS jusqu’à ce que votre montre vous affiche OK (ou 100%, en fonction de la marque) et chronométrez combien de temps ça prend (avec une autre montre ;o)
• Attendez 1 minute ou 2 et arrêtez tout (revenez à l’écran d’heure de votre montre)
• Ne bougez pas
• Fix à chaud : relancez une recherche de signal GPS en chronométrant combien de temps ça prend

Vous verrez que la 2^e fois, le GPS fix sera plus rapide. C’est parce que la 2^e fois, la montre va démarrer le scan des fréquences par les satellites qu’elle avait repérés lors de la 1^e fois (ce qui n’est pas idiot). Et en plus, la montre aura téléchargé une partie de la table d’éphémérides. Du coup, ça va beaucoup plus vite pour en trouver 4 qui sont visibles.

Avec cette façon de faire, la table d’éphéméride en mémoire est valable 4h. Si vous attendez plus de 4h entre la 1^e et la 2^e recherche de satellite, ça ne fonctionne plus.

Mais attention, si vous vous déplacez, tout est à refaire. imaginez que vous fassiez 3h de TGV. Au lieu d’être à Paris, vous êtes à Marseille. Ben ça ne fonctionnera plus aussi bien.

Positionnement avec AGPS

Avec l’AGPS, le processus de recherche est accéléré, car on injecte en amont dans la montre les éphémérides des satellites (un peu comme si on lui donnait une antisèche avant de commencer la recherche des satellites).

Avant même de lancer la recherche du GPS, elle connait donc déjà leur position et leur vitesse. Ainsi, la montre peut immédiatement éliminer les satellites qui sont de l’autre côté de la Terre et commencer sa recherche par ceux sensés être juste au-dessus de votre tête.

Ca permet d’accélérer les calculs et le GPS fix ne prend alors plus que quelques secondes.

Mais l’AGPS n’est absolument pas indispensable. Sans AGPS, le GPS fix est simplement plus long car il faut attendre le téléchargement des éphémérides du satellite à la montre.

Comment télécharger les éphémérides GPS ?

C’est tout simple. Encore faut-il le savoir et le faire. Il suffit de connecter votre montre GPS à la plateforme de son fabricant. Sauf si votre montre est vraiment vieille. Mais toutes les montres GPS depuis 2015 le font et donc toutes les montres GPS que je recommandent en 2018 le font.

Chaque fois que vous connectez votre montre à la plateforme du constructeur, elle transfère vers la plateforme les activités qu’elle a enregistré en mémoire et elle télécharge des fichiers de configuration ainsi que les éphémérides GPS.

Il y a toutefois 2 limites :

• Les éphémérides ainsi téléchargées couvrent généralement les 7 prochains jours. Donc il faut reconnecter régulièrement votre montre pour les mettre à jour. Sinon, passé ce délai, vous repartirez sur un GPS fix à froid.
• Il vaut mieux passer par une connexion avec un ordinateur. Je reconnais que la synchronisation via Bluetooth est très pratique. Mais toutes les marques ne transfèrent pas les éphémérides via l’appli pour smartphone. Le débit du Bluetooth est quand même limité et les marques ont bien compris qu’on n’avait pas envie d’attendre à chaque fois 3 minutes que le transfert se fasse. Donc ils ont fait des choix pour ne transférer que l’essentiel. Et je soupçonne que les éphémérides ne font pas systématiquement partie du package téléchargé via Bluetooth.

Enfin, pour votre information, votre smartphone utilise le réseau 3G/4G pour télécharger les fichiers AGPS chaque fois que vous utilisez une application de localisation afin d’accélérer la recherche de position.

Mes recommandations

• Connectez votre montre à la plateforme de la marque au moins 1 fois tous les 7 jours
• Préférez une connexion USB à un ordinateur plutôt que le Bluetooth avec l’appli
• Lancez la recherche GPS là où le ciel est le plus dégagé (si vous êtes en ville, marchez jusqu’au carrefour le plus proche)
• Ne bougez pas pendant le GPS fix (même s’il neige)