"Comment fonctionnent les montres GPS"

Que pourriez-vous faire si vous disposiez d'un moyen d'enregistrer exactement l'effort que vous consacrez à vos entraînements ? Combien de temps pourriez-vous gagner si vous saviez que chaque pas, chaque coup de pagaie de kayak ou chaque tour de pédale de vélo était réglé avec précision pour vous donner le résultat de fitness que vous souhaitez ? Prendriez-vous de meilleures décisions – et vous amuseriez-vous davantage – si vous pouviez jeter un coup d'œil à votre poignet et accéder à un outil de navigation et de météo très précis ?

À moins d'avoir été complètement coupé de la technologie pendant plus d'une décennie, vous savez que ce n'est pas de la science-fiction : la technologie du système de positionnement global ( GPS ) a révolutionné la façon dont nous nous déplaçons sur la planète. Les étoiles de ce système sont un réseau de 24 satellites qui tournent autour de la terre sur des orbites suivies avec précision. Ils sont synchronisés pour diffuser des signaux uniques exactement au même moment, que les récepteurs des avions, des voitures et même des téléphones portables utilisent pour calculer leur position par rapport aux satellites. Si votre appareil GPS peut capter les signaux d'au moins trois satellites (bien que quatre soient préférables), il peut calculer votre latitude, longitude, vitesse et altitude à quelques pieds ou mètres près.

Un éventail de fabricants utilisent cette technologie militaire autrefois classée pour toutes sortes d'utilisations, telles que la construction d'outils de navigation toujours plus précis et l'utilisation du suivi GPS des téléphones portables pour personnaliser les campagnes publicitaires pour des utilisateurs spécifiques dans des endroits spécifiques. Et les entreprises d'articles de sport ont sauté de tout cœur dans ce train en marche, avec une flotte en pleine expansion d'outils GPS de la taille d'une montre conçus pour les athlètes et les aventuriers en plein air.

Ces ordinateurs de la taille d'une montre-bracelet sont souvent livrés avec une bibliothèque d'informations basées sur la position ; il est possible d'acheter une montre GPS aujourd'hui qui vous permettra de trouver votre position - n'importe où sur la planète - quelques minutes après l'ouverture de la boîte. Mais les montres GPS vont bien au-delà des simples gadgets "hé, regarde où je suis". Avec un peu de connaissances sur le fonctionnement des montres, vous pouvez vous entraîner plus intelligemment et mieux performer dans le feu de l'action. Il n'est pas nécessaire d'attendre l'avenir du sport et du fitness - il est là aujourd'hui et il s'adapte à votre poignet.

1. L'histoire de la technologie GPS
2. L'incroyable appareil GPS qui rétrécit
3. Rendre les montres GPS utiles
4. Le bon outil GPS pour le travail
5. Utiliser une montre GPS utile

Le GPS peut retracer ses origines à la naissance même des vols spatiaux ; les principes sous-jacents se sont réunis lorsque des scientifiques américains se sont précipités pour suivre Spoutnik , le satellite lancé en orbite par l'Union soviétique en octobre 1957. Des chercheurs du laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins, les Drs. William Guier et George Weiffenbach ont découvert qu'ils pouvaient suivre les positions des premiers satellites sur la base de l'effet Doppler : les signaux transmis par un satellite en mouvement semblent se déformer lorsqu'il s'approche ou s'éloigne de la station de réception. En mesurant la nature et la gravité de la distorsion, une personne pourrait calculer l'orientation de l'orbite du satellite.

Le chercheur de la société APL, Frank McClure, a suggéré que le système de suivi pourrait également fonctionner dans l'autre sens : en suivant un satellite avec une orbite connue avec précision et en évaluant les décalages Doppler résultants dans son signal, une personne au sol pourrait identifier sa position n'importe où. le signal. La marine américaine a étendu le système au système de navigation par satellite de la marine, qui guidait activement les navires en 1964. (Pour en savoir plus sur l'histoire du GPS, consultez notre article sur le fonctionnement des récepteurs GPS .)

La recherche parrainée par l'armée s'est poursuivie dans les années 1970 et 1980 alors que les scientifiques tentaient d'améliorer la précision du signal, la fiabilité et la vitesse de la navigation par satellite. La technologie est passée du suivi des décalages Doppler à l'utilisation de la triangulation et de la synchronisation du signal : plus un signal mettait de temps à atteindre un récepteur, plus le satellite était éloigné au moment où le signal était envoyé. Le GPS était un outil éprouvé pour toutes les branches de l'armée américaine et ses alliés dans les années 1980, lorsque le gouvernement américain a commencé à autoriser un accès civil généralisé à la technologie [source : Parkinson ].

Les premières unités GPS civiles étaient volumineuses et lourdes, ce qui limitait leur utilité pour les utilisateurs en déplacement. Mais ils souffraient d'un inconvénient beaucoup plus rédhibitoire : ils n'étaient pas si précis que ça. Pour empêcher les ennemis d'accéder aux signaux de navigation, l'armée américaine a utilisé le tramage : interférence intentionnelle avec les signaux de synchronisation des satellites que les utilisateurs non autorisés ne pouvaient pas décoder. Cela limitait la précision du GPS civil à environ 300 pieds (100 mètres). Ce n'est qu'en 2000 que le gouvernement américain a finalement supprimé le tramage, rendant possible une navigation civile précise. Le GPS est alors devenu un outil utile pour tous ceux qui avaient besoin de savoir où ils se trouvaient, à quelle vitesse ils roulaient ou comment se rendre là où ils voulaient aller [sources : Parkinson ; Navigon ].

Cela a donc résolu le problème de précision, mais comment les fabricants d'unités GPS ont-ils créé des produits d'une taille raisonnablement portable ?

L'accès à la technologie GPS sans tramage a coïncidé avec une révolution dans la miniaturisation de l'électronique - pensez à combien un ordinateur portable moderne pèse moins que celui que vous utilisiez en 1996. Les développeurs de GPS ont adopté des innovations telles que la technologie de montage en surface ( SMT ), en dont de minuscules composants sont soudés directement sur une carte de circuit imprimé (plutôt que d'utiliser des fils conducteurs pour établir des connexions), et un assemblage robotique qui a aidé à réduire les puces de synchronisation et de traitement du signal au cœur des récepteurs GPS en composants minuscules. Aujourd'hui, ils sont presque trop petits pour voir clairement sans grossissement [source : Poole ].

Les chercheurs ont encore réduit les unités GPS en appliquant la géométrie fractale - qui implique des formes composées de motifs répétitifs et extensibles - pour concevoir de puissantes antennes réceptrices qui se replient littéralement dans des espaces minuscules. Cette pièce importante (et autrefois encombrante) du récepteur GPS est devenue suffisamment petite pour se cacher dans le boîtier mince d'un smartphone - ou dans le corps d'une montre [source : Rusu et Baican ; Mikkola ].

Les premières montres GPS étaient essentiellement de petites versions d'unités GPS portables, mesurant environ 2 à 3 pouces (environ 50 à 75 millimètres) de long et environ 1 pouce (25 millimètres) de large, avec des bracelets attachés. Même s'ils étaient en effet plus petits et plus légers que la plupart des autres appareils GPS du début du 21e siècle, ils étaient encore assez grands pour parcourir de longues distances avec un - sans parler de courir au café après une séance d'entraînement avec la chose sur votre bras -- plus d'ennuis que cela n'en valait la peine pour de nombreux athlètes [source : Wollman ].

Les sports qui reposent sur la connaissance de sa position par rapport à une cible, comme le golf, ont adopté le GPS au début de ce processus de miniaturisation. Par exemple, le célèbre champion de golf et concepteur de parcours Greg Norman est devenu conseiller du fabricant de produits GPS liés au golf Inforetech en 2002 [source : GPS Industries ]. Mais dans l'ensemble, il a fallu deux étapes technologiques pour que les consommateurs commencent à adopter les montres GPS à grande échelle.

Pour devenir vraiment utiles (et donc commercialisables), les montres GPS devaient d'abord devenir, eh bien, ressemblant à des montres. Ce point a finalement été atteint vers 2010, et à partir de 2012, vous pouviez acheter une montre GPS de la même taille, forme et style général que n'importe quelle autre montre de mode sur le marché. Certains modèles, comme un prototype de 13 millimètres (0,51 pouce) d'épaisseur publié en février 2012 par Epson, étaient en fait plus petits que de nombreuses montres de sport non GPS [source : Tucker ].

Cependant, une petite taille ne signifie pas un petit nombre de fonctionnalités, et c'est là que les montres GPS sont vraiment devenues des outils d'entraînement utiles. Savoir exactement où vous vous trouvez à un moment donné est bien, mais à moins que vous ne soyez au milieu de nulle part ou que vous essayiez de choisir un club au milieu d'un fairway inconnu, l'application est limitée. Les fabricants de montres GPS ont vu cela et ont élargi la polyvalence de leurs produits en ajoutant des fonctionnalités d'autres appareils sportifs tels que les ordinateurs de vélo, les podomètres et les moniteurs de fréquence cardiaque.

De nombreuses montres GPS peuvent se synchroniser avec d'autres appareils utilisant des signaux sans fil, comme ANT+, un petit système économe en énergie. Ces appareils supplémentaires mesurent souvent la biométrie : des mesures des systèmes corporels telles que la fréquence cardiaque, que les athlètes peuvent utiliser pour évaluer l'intensité de leurs entraînements. D'autres capteurs inclus avec les montres GPS peuvent inclure des moniteurs de cadence montés sur chaussure qui suivent la vitesse de la foulée d'un coureur et des capteurs montés sur vélo qui détectent la vitesse des roues et la force qu'un cycliste exerce sur les pédales. Le logiciel informatique fourni avec ces montres permet aux utilisateurs de télécharger un ensemble de données d'entraînement collectées par la montre, soit sans fil, soit via un port USB. En saisissant des informations de base telles que la taille, le poids et l'âge dans la montre, l'athlète féru de technologie peut disposer d'un outil précis et spécifique au sport, une version du 21e siècle du journal d'entraînement de l'athlète.

Cette combinaison de données de localisation et de données biométriques est à la base de ce qui fait qu'une montre GPS en vaut la peine. Mais comme dans de nombreux scénarios d'appareils technologiques, il est facile d'être submergé par les options disponibles. Les prix des montres GPS varient, mais avec des prix au début de 2012 allant de 100 $ à plus de 400 $ pour divers modèles, ils ne sont toujours pas une petite dépense. Comment choisir la montre GPS la plus adaptée à vos besoins ?

Vous n'achèteriez pas un voilier si vous vouliez courir des rapides en eaux vives. Dans le même ordre d'idées, vous voudrez vous assurer qu'une montre GPS répond à vos besoins anticipés avant de dépenser votre argent durement gagné. Utiliserez-vous la montre pour un sport ou en voulez-vous une qui soit utile pour une variété d'activités ? Êtes-vous plus soucieux d'avoir des données que vous pouvez télécharger sur votre ordinateur et suivre au fil du temps, ou préférez-vous un appareil qui vous donne des informations lorsque vous en avez besoin sur le terrain ? Allez-vous dans des endroits où il pourrait être dangereux de vous perdre ou vos activités vous maintiennent-elles sur des sentiers et des routes bien balisés ? Vos réponses à toutes ces questions affineront vos choix de montres.

Prenez cette dernière question, par exemple : si vous êtes un randonneur passionné ou un skieur de fond qui aime se promener dans l'arrière-pays, il serait certainement utile d'avoir une montre GPS avec un affichage de carte mobile, qui vous montre où vous sont en relation avec d'autres waypoints. Le compromis pour cela est la taille : le plus grand écran nécessaire pour afficher les détails de la carte signifie que ce type de montre peut être trop encombrant pour vous si vous voulez principalement quelque chose de léger et élégant pour suivre les fractionnements lors de votre prochain marathon [source : Geek.com]. De même, un athlète sportif comme un skieur ou un vététiste pourrait vouloir éviter une montre avec une interface à écran tactile, en échangeant le look élégant et sans bouton pour quelque chose qui ne sera pas recalibré s'il est frappé de manière inattendue par une branche d'arbre. Un coureur, d'autre part, pourrait trouver qu'un écran tactile est parfait pour vérifier rapidement les données.

Les fabricants de montres GPS répertorient les caractéristiques de leurs modèles sur leurs sites Web, ce qui vous permet de comparer rapidement et facilement les caractéristiques et les prix sur l'ensemble du marché. Cependant, au fur et à mesure que vous affinez votre recherche, cela aide à obtenir une perspective en direct. Parlez aux gens de votre magasin de vélo local, de votre magasin de course à pied ou de votre équipementier de randonnée, et n'ayez pas peur de harceler vos amis à propos de leurs montres GPS. Les conseils de première main et les critiques de la vie réelle que vous obtiendrez vous prépareront à faire le bon achat pour compléter les activités que vous avez choisies.

Les avantages des fonctions GPS de base sont clairs si votre passion est les aventures en plein air telles que la randonnée dans l'arrière-pays, le kayak de mer ou la chasse ; ces minuscules ordinateurs sont conçus sur mesure pour vous aider à vous rendre dans la nature et à en revenir avec moins de risque de vous perdre. N'oubliez pas d'emporter une carte et une boussole et sachez les utiliser. La tradition de l'aventure regorge d'histoires sur les batteries GPS qui meurent au pire moment possible.

Les utilisateurs axés sur le sport et le fitness peuvent également utiliser les fonctions d'orientation pour essayer un nouvel itinéraire de course ou pour s'entraîner en voyage. Mais cela ne fait qu'effleurer la surface de ce que vous pouvez faire avec cet outil de formation de haute technologie.

Une montre GPS peut mesurer vos performances avec un niveau de précision qui n'était autrefois le domaine que des chercheurs et des athlètes professionnels. C'est bien de savoir combien de temps il vous a fallu pour terminer un semi-marathon, mais une montre GPS peut vous dire exactement où vous avez été le plus rapide et le plus lent sur le parcours de 13,1 milles (21,1 kilomètres). Avec la capacité de téléchargement de données qui est à peu près standard sur ces appareils, vous pouvez comparer chaque exécution pour voir les tendances de vos performances. Peut-être remarquerez-vous que vous perdez trop de temps après le Mile 10, ou que vous ne gravissez pas les collines aussi vite que vous l'avez fait sur les mêmes parcours l'année dernière.

Une fois que vous avez identifié ces types de points faibles dans vos performances, les fonctionnalités combinées d'une montre GPS peuvent vous donner un retour d'information à la volée pour rendre votre entraînement plus spécifique et efficace. De nombreux cyclistes, par exemple, passent la première partie de leur pré-saison à développer leur force cardiovasculaire avec des efforts longs et réguliers. Cela aide à jeter les bases des rigueurs du sprint et de l'entraînement en côte plus tard dans l'année. Suivre un "rythme modéré" en utilisant l'effort perçu - ce que vous ressentez pendant l'entraînement - est au mieux une mesure variable. Équipez-vous d'une montre GPS capable de lire les données d'un moniteur de fréquence cardiaque, d'un capteur de cadence et d'un capteur de vitesse de roue, et vous pourrez affiner chaque kilomètre de votre trajet, en maintenant votre effort dans une plage précise de vitesse, de fréquence cardiaque et de temps. .

Les résultats de ce type de formation spécifique peuvent être spectaculaires. Si vous êtes à court de temps, vous pourrez désormais tirer le meilleur parti de chaque minute de votre entraînement. Vous passerez ainsi moins de temps à vous soucier de l'équilibre entre le sport, la famille et le travail. Et lorsque le jour du match arrivera, vous saurez exactement à quel point vous pouvez vous dépasser, que ce soit sur le parcours de course, le trail ou la piste. C'est une technologie qui vous aidera à vous entraîner plus intelligemment, pas seulement plus fort.

Comment fonctionnent les montres GPS : note de l'auteur

Malgré ma profonde passion pour aller vite à vélo, j'ai mis du temps à venir au camp d'entraînement GPS. Je roule avec un ordinateur qui suit ma vitesse, ma cadence, ma distance et ma fréquence cardiaque, donc je ne suis pas un minimaliste complet. Mais pendant un certain nombre d'années, j'ai considéré "le GPS" comme un gadget coûteux de plus qui ne serait pas aussi bénéfique que de s'entraîner plus dur avec les outils dont je disposais actuellement. En fait, j'admets que je me sens vraiment bien à chaque fois que j'ai devancé un gars sur un vélo trompé avec un GPS attaché au guidon.

Mais ma perspective a commencé à changer cette année lors d'une série de contre-la-montre estivale. Chaque semaine, je rejoignais un groupe de coureurs qui se battaient un par un contre la montre sur un parcours plat de 10 milles. Les sièges et le guidon ont été ajustés centimètre par centimètre. Nos conversations ont commencé à tourner autour de détails obscurs tels que quelques PSI de pression des pneus (oui, ça fait une différence) et l'avantage aérodynamique de fermer les bouches d'aération sur son casque (au final, ça ne valait pas tout le drôle regards que nous avons). Un de mes coéquipiers a utilisé un appareil GPS toute la saison et pouvait dire précisément où sa vitesse augmentait, restait constante ou diminuait. Il a utilisé cela à son avantage, se préparant mentalement pour les sections les plus difficiles du cours alors que je restais fidèle à ma philosophie "si ça fait mal, vous devez faire quelque chose de bien".

Nos temps écoulés étaient assez proches la plupart des semaines, mais tenez compte du fait que ce type est de sept ans mon aîné. C'est un cavalier fort, mais je ne suis pas en reste; Je pratique le sport depuis plus longtemps que lui et mon ego me dit que je devrais être capable de le dépasser. Je dois penser que le temps qu'il a passé à analyser chaque trajet avec son Garmin s'est traduit par un peu plus d'efficacité. Peut-être que ce n'était que quelques secondes au total, mais c'était tout ce dont il avait besoin pour me pincer de quatre places au classement général. Et bien que je croise toujours des gars avec des unités GPS de manière satisfaisante, être dépassé par ce vélo - plus d'une fois - peut suffire à me pousser dans le club GPS cette saison.

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