L’impact de l’orientation de l’antenne sur la précision d’une montre GPS

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On en a parlé beaucoup au moment de la sortie de la Spartan Ultra. Suunto avait fait le choix d'abandonner le positionnement à la base du bracelet de l'antenne GPS des Ambit3 pour la placer dans le boitier de la montre. Un gain esthétique indéniable, au prix d'une perte de précision GPS ?

Il faut savoir que la précision GPS dépend de 3 éléments :

• La puce GPS
• L'antenne
• L'algorithme de traitement des données

La puce GPS est un élément essentiel dans la précision d'une montre GPS, mais l'antenne aussi. C'est un peu comme pour une télévision à l'époque de la télé hertzienne, quand il fallait une antenne pour recevoir le signal. Si l'antenne était mal orientée, la réception était mauvaise, quelle que soit la marque ou le prix de la télé !

Techniquement, il y a 2 éléments de l'antenne qui influent sur la réception (c'est de la physique, c'est comme ça pour toutes les montres GPS) :

• Sa taille (plus c'est gros, mieux c'est)
• Son orientation

Pour que la réception soit meilleure, il faut que l'antenne soit orientée face au ciel, idéalement horizontalement. Si elle est penchée, la réception sera moins bonne. Le pire des cas étant de placer l'antenne verticalement.

Quand on sait tout ça, on comprend le choix qu'avait fait Suunto de placer l'antenne à la base du bracelet et TomTom de placer l'antenne dans le gros bouton sous l'écran. C'était pas esthétique mais c'était techniquement le meilleur moyen de conserver l'antenne orientée vers le ciel lorsqu'on court.

Pour gagner en esthétique, les fabricants sont passés à des antennes intégrées dans les boitiers des montres. En utilisant soit la lunette en métal, soit un boitier en métal.

Par exemple, sur la Fenix 3 HR, l'antenne GPS est constituée de 2 pièces :

• La lunette en acier inoxydable
• Une petite pièce métallique à l'intérieur du boitier (la pièce allongée gris clair de la largeur du bracelet en haut du boitier sur la photo suivante)

Le problème, c'est qu'en course à pied, à part quand on regarde l'écran, la lunette d'une montre GPS n'est pas orientée vers le ciel mais vers la gauche ou la droite (en fonction du poignet sur lequel vous la portez). Du coup, d'après tout ce qu'on vient de voir, ça devrait résulter en une moins bonne précision GPS.

Ca c'est la théorie. Place à la pratique maintenant, lors d'un test pour voir si c'est vraiment significatif ou pas.

Tester l'impact de l'orientation de l'antenne sur la précision GPS

J'ai fait un petit test simple : courir autour d'un terrain de foot. Ca permet d'avoir une référence, on sait tous quelle forme a un terrain de foot.

Hé puis on connait à peu près ses dimensions De tête j'aurais dit 100m par 50m. J'ai été vérifier, officiellement c'est une longueur comprise entre 90 et 120m et une largeur entre 45 et 90m. Pour les matchs internationaux c'est 105 x 68m.

J'ai choisi un terrain de foot situé dans un environnement bien dégagé, histoire de ne pas avoir des immeubles qui viendraient dégrader la réception du signal des satellites GPS.

J'ai quand même fait à chaque fois un aller-retour, afin d'essayer d'effacer l'influence de l'environnement. Ben oui, parce que pour compliquer l'affaire, la qualité de réception du signal GPS peut aussi être impactée par le côté où l'on porte la montre.

Imaginez que vous portez une montre à chaque poignet et que vous courrez sur un trottoir avec un immeuble sur votre gauche. L'antenne de la montre de gauche est donc orientée directement face au mur, tandis que l'antenne de la montre de droite est orientée vers un espace dégagé. Ce n'est pas équitable.

En faisant un aller-retour, chaque montre aura été orientée des 2 côtés, soit à aller, soit au retour.

Sur les vues satellites des traces que vous verrez ci-dessous, je suis parti du coin en haut à droite, j'ai fait l'aller dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, et le retour dans le sens des aiguilles d'une montre.

Pour ce test (que j'ai réalisé il y a quelques mois déjà), j'ai utilisé 2 montres :

Petit rappel : l'objectif de ce test n'est pas de comparer la précision GPS de ces montres entre-elles, mais de comparer la précision GPS en fonction de la position de leur antenne. Si j'ai pris 2 montres, c'est juste pour pouvoir confirmer qu'on observe bien le même phénomène avec 2 montres différentes.

1^er test : montres orientées vers l'extérieur

C'est la position normale d'une montre GPS lorsqu'on court (en principe).

Ben la précision GPS est pas terrible et on peut pas dire que les traces GPS suivent vraiment la ligne de touche.

On remarque que les traces GPS ne se superposent pas bien entre l'aller et le retour alors que j'ai couru exactement sur la ligne à chaque fois. C'est une illustration du fait que le côté où l'on porte la montre influe sur la position de la trace. Mais bon, c'est un phénomène qui ne fausse assez peu la distance totale mesurée.

Par contre, on voit tout de suite que la Fenix 3 HR a mal géré le demi-tour.

2e test : montres orientées vers le ciel

Cette fois, j'ai couru en conservant l'écran des montres tournés vers le ciel.

Là, il n'y a pas photo, la précision est largement meilleure. Les traces GPS font bien le tour du terrain de foot, les coins forment à peu près des angles droits et les traces aller et retour se superposent bien.

3e test : montres orientées vers l'intérieur

Ce n'est pas la position normale d'une montre. Mais certains ont remarqué qu'ils obtenaient de meilleurs résultats avec le capteur cardio optique lorsque celui-ci était positionné de ce côté du poignet.

Intuitivement, je me disais que ça aurait pour conséquence de dégrader la précision GPS car dans cette position notre corps fait obstruction au signal des satellites pendant une bonne partie du temps.

A ma grande surprise, les résultats n'ont pas été si mauvais que ça. Pas aussi bon qu'au 2e test mais meilleurs que dans le premier test même. Je n'ai pas d'explication, mais peut-être une source de biais dans mon protocole. Lors de ce 3e test, les montres ont eu plus de temps pour acquérir les signaux des satellites GPS que lors du premier test (même si pour le 1er test j'ai attendu une trentaine de secondes après que les montres aient obtenu le GPS fix).

Conclusion

Pour être honnête, j'ai quand même un doute sur la comparaison des résultats des 1er et 3e tests. Mais ces 3 tests démontrent clairement que la précision GPS des montres qui intègrent l'antenne GPS dans la lunette est meilleure lorsque l'écran est tourné vers le ciel. Bon en fait, ça ne fait que confirmer la théorie.

Alors du coup, on voit bien le double intérêt d'un système comme le EdgeGear Shift en remplacement d'un bracelet classique. Ce projet Kickstarter vise au départ à ne plus avoir à tourner le poignet pour consulter l'écran de la montre. Celui-ci se trouve naturellement en face des yeux.

Mais après la lecture de ce test, vous voyez qu'il y a un deuxième intérêt : ça améliore en plus la précision de la montre (photo de Fabrice, un lecteur du blog) !

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