Comment obtenir une localisation GPS ultra rapide ?

GPS 8 minutes
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Dans la société de l’instantané, du tout et tout de suite, de la livraison dans l’heure, de l'hyper connectivité, homo sapiens est un animal devenu très impatient.

Et homo sapiens VTTistis n’échappe pas à la règle lorsque qu’il allume son GPS.

Combien de fois vous êtes-vous dit : "Mon GPS prend une éternité pour se caler sur la première position…" ? 😉

En fait, vous n’avez pas complètement tort, mais avant de renvoyer votre GPS chez le fabricant on vous explique comment cela fonctionne et pourquoi cela peut être normal dans la plupart des cas.

Obtenir une géo-localisation

Un récepteur GPS est conçu pour recevoir un signal extrêmement faible depuis les satellites de géolocalisation 🛰.

Ce signal est noyé dans du bruit électromagnétique (< 25 nanoVolts soit 25 milliardièmes de Volt).

C’est un peu comme essayer d’écouter une épingle tomber sur le carrelage de votre cuisine alors que vous êtes en visite au Vatican ⛪️.

Pour extraire le signal utile à la position, l’électronique du récepteur intégré dans le GPS doit reproduire la "signature" de chaque satellite qu’il s’attend à recevoir, puis "glisser" cette copie dans le bruit jusqu'à obtenir une corrélation avec la signature reçue de ces satellites.En gros, il faut que la clé rentre dans la serrure 🔑..

⚠ ️ Évidemment, tout ce qui peut obstruer la vue du ciel va inévitablement contrarier l’obtention rapide d’un FIX car le signal reçu des satellites sera atténué donc d’un niveau encore plus faible, voire dégradé..

En fonctionnement normal, lorsque le FIX est établi le récepteur (chipset) 📡 affecte à chacun de ses canaux de réception l’un des satellites qu’il a décidé de "poursuivre". Chaque canal est ensuite verrouillé sur un satellite, tant que le signal est reçu correctement.

Il faut au minimum 4 satellites et par conséquent verrouiller 4 canaux pour établir une localisation 3D/4D ( L,G, Z) / Vitesse.

Les canaux supplémentaires permettent d’améliorer la précision de localisation et d’assurer sans discontinuité la poursuite d’au moins 4 satellites.

Constellation GPS

Actuellement, peu de chipsets ont la capacité multibande GNSS (GPS + Galliléo + Glonass + …). La majorité des chipsets disponibles sur le marché ne reçoit que dans la bande de signal du GPS, néanmoins il existe une fréquence commune partagée avec Galileo, Glonass, et les autres. Ce qui permet au récepteur d’utiliser les satellites des constellations Glonass, Galileo etc. comme des satellites de la constellation GPS (la première à avoir vu le jour pour la géolocalisation).

Donc : Lorsque votre GPS "se réveille" (Mise sur ON) il doit rechercher et poursuivre au moins 4 satellites pour calculer son premier FIX.

Attention à la comparaison "faussée'' avec un SmartPhone qui dans le cadre de son utilisation courante est toujours sur ON et se géolocalise en permanence (Sauf si l’utilisateur a coché la case refus).

Le protocole de démarrage et de connexion d’une puce GPS

Pour "se connecter" aux satellites, le récepteur GPS doit :

  • Avoir une vue la plus dégagée possible du ciel sur 360 degré, afin de favoriser la visibilité sur les satellites bas sur l’horizon et la qualité du signal reçu,

  • déterminer quels sont les satellites en vue, c’est-à-dire :
    • Connaître la date et l'heure,
    • Connaître sa position,
    • Connaître la position des satellites dans le ciel.

La date et l’heure sont entretenues par une horloge interne ⏰. Celle-ci fonctionne même lorsque le récepteur GPS est éteint.

La position du récepteur GPS est la dernière position connue.

Almanach et éphémérides GPS

La position de chaque satellite dans le ciel est fournie par les données d’almanach pour l’ensemble de la constellation et d’éphémérides pour les données détaillées de chaque satellite.

FIX GPS

Données almanach

Les données "almanach" fournissent toutes les informations nécessaires pour permettre au récepteur GPS de calculer l'emplacement approximatif de chaque satellite dans la constellation. Les données d'almanach ne sont pas suffisamment précises pour déterminer la position, elles sont mémorisées par le récepteur où elles restent valables 180 Jours. Elles sont utilisées pour déterminer quels satellites sont visibles de la position connue afin de permettre au récepteur de rechercher le signal de ces satellites.

Données éphémérides

Les données éphémérides permettent de déterminer avec précision la position de chaque satellite, et elles permettent de tenir compte du retard de propagation du signal, de la vitesse du satellite pour estimer correctement la position du récepteur.

Les données d’éphémérides d'un satellite ne sont diffusées que par ce satellite et sont actualisées périodiquement (toutes les 4 à 6 heures pour le système GPS) afin de tenir compte des plus petits changements affectant l'orbite du satellite. Ce sont ces données qui sont utilisées pour le calcul de la position.

Démarrage

Ces données sont transmises, par les satellites, à très basse cadence, l'almanach est renouvelé toutes les 12.5 minutes, et l’éphéméride toutes les 4 heures.

  • L’almanach est indispensable pour démarrer,
  • L’éphéméride de chaque satellite poursuivi est indispensable pour calculer la position précise.

Pour s’affranchir d’une durée de FIX longue, les chipsets GPS ont été enrichis par la capacité A-GPS "‘Assisted GPS" qui permet d’envoyer les données almanach et éphémérides via une connexion internet (on y revient plus tard).

Le démarrage "COLD" c’est le cas où ces données sont absentes, dégradées, ou trop anciennes.

Exemples :

  • Le premier démarrage consécutif à la livraison, suite à une mise sur ON dans un local (immeuble, cave, garage, etc.),
  • un séjour prolongé dans un tiroir sans utilisation ou sans batterie,
  • un déplacement long au-delà de 100km du lieu précédent le GPS sur OFF,
  • la répétition d’utilisations très courtes qui ne permettent pas d’actualiser les éphémérides par exemple….etc.

Contrairement au démarrage "USINE" ou les données sont absentes, la plupart du temps le récepteur n’est pas à même de savoir que ses données sont inexactes, le scénario de démarrage COLD n’est lancé qu’à la suite de l'échec d’un FIX normal, la durée totale du premier FIX est, dans ce cas, plus longue que la spécification-usine.

Le Time To First Fix

Il est divisé en trois scénarios :

montre GPS Suunto

1. Cold or factory (Froid ou usine)

C’est le cas ou le récepteur a des estimations inexactes :

  • De sa position,
  • de sa vitesse,
  • de la date et de l'heure,
  • de la position des satellites.

Le récepteur doit, dans ce cas, lancer une recherche sur tous les satellites possibles (31). Après avoir acquis le signal d’un satellite, le récepteur commence à obtenir les informations de l'almanach. Cet almanach est transmis, par chaque satellite, sur une période de 12,5 minutes.

2. Warm or normal (Chaud ou normal)

Dans ce cas, le récepteur connaît :

  • La date et l'heure actuelle avec une précision inférieure à 20 secondes,
  • sa position actuelle avec une précision meilleure que 100 kilomètres,
  • sa vitesse avec une meilleure précision que 25 m/s.

Et le récepteur dispose des données d'almanach valides.

3. Hot or standby (Chaud ou en veille)

Lorsque le récepteur dispose de données valides d'heure, de position, d'almanach et d'éphémérides, permettant une acquisition rapide des signaux satellites.

Concrètement c’est le cas de deux mises sur ON espacées de moins d’une heure.

Cas du A-GPS : le GPS assisté (A-GPS)

Cette fonction permet de télécharger dans le chipset du récepteur GPS les données d'almanach et d'éphémérides. Le récepteur doit être pourvu d’une connexion réseau rapide à Internet (via WiFi ou Bluetooth) pour obtenir ces données d’un serveur (Ex: Garmin). Cette fonction permet de s'affranchir des durées de FIX longues.

En principe, tous les SmartPhones 📱 disposent de l’A-GPS, ils ne sont donc pas sujets au démarrage long type COLD.

Chez Garmin l’A-GPS est implémenté dans les derniers équipements (GPS, Montres, etc.), cependant Garmin recommande de rafraîchir les données via une connexion régulière à internet régulièrement.

Il faut donc se plonger dans chaque manuel d’utilisation 📖 pour prendre connaissance du cas particulier de votre GPS.

A-GPS concept

Recommandation pour faciliter un démarrage à froid

  • Dans le cas où votre GPS est pourvu de l’A-GPS : Lorsque la durée du premier FIX vous semble longue, ayez le réflexe de la connexion internet pour mettre à jour ces données.

  • Si votre GPS n’a pas l’A-GPS et que la durée du premier FIX est au delà de 3 minutes :
    • Poser votre GPS dans un endroit où il "voit bien" le ciel, et si possible sur 360°,
    • laissez le GPS faire son FIX sans rien toucher, surtout pas d’arrêt marche !
    • Lorsque le FIX est fait, laissez le au moins une heure, sans rien toucher, afin de rafraîchir les données qui sont diffusées par les satellites à basse cadence.
    • Après cette heure de fonctionnement, votre GPS pourra être mis sur OFF et la durée des FIX suivants sera courte.

Exemple de performances constatées avec un GPS: Précision de localisation courante 3m à 5m,

Action ou État Temps Analyse Log File
Appui puis relâché du bouton ON 0"
L’écran s’allume avec l’écran de boot "Version Soft" 20” GPS ON
L’écran présente la carte 40"
1 satellite 1’10
4 satellites 1’25 GPS OK
La position est affichée sur la carte 1’40

Navigation GPS twonav

📸 ESA

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