L'altitude GPS utilise un modèle en 3d de la Terre, en général, le World Geodesic System WGS84 qui définit le niveau moyen de la mer. Ensuite, un calcul simple permet de déduire de la triangulation la différence entre la distance mesurée par GPS et l’altitude du niveau moyen de la mer. L’autre modèle parfois utilisé est celui du niveau moyen des océans, qui définit une géoïde. L’altitude GPS est donc une mesure sur un modèle géométrique.

La détermination de l'altitude est fondé sur une triangulation et beaucoup de calculs basés sur les temps de trajet du signal de chaque satellite (environ 70ms). Cependant, il peut y avoir des erreurs dues aux effets de l’ionosphère et la troposphère, aux décalages d’orbite, aux erreurs des horloges, etc.

La principale source d’erreur est liée à la position des satellites GPS lors de la réception des signaux. Les signaux des satellites qui permettraient une mesure verticale de bonne qualité sont bloqués par la terre. En ce qui concerne le référentiel vertical, la précision des calculs géométriques reste inférieure aux positions horizontales. Il n’est pas rare de constater des écarts d’altitude de plus ou moins 120 mètres entre les altitudes GPS et les altitudes des cartes topographiques. Utilisez ces données avec prudence lors de votre navigation.

L’altitude barométrique est obtenue par conversion à partir de mesure réalisée à l'aide d'un baromètre qui va mesurer la pression atmosphérique.

Le constructeur réalise une calibration d'usine à partir d'une valeur moyenne de la pression atmosphérique au niveau de la mer : 1013HPa. Au fur et à mesure de la montée en altitude, la pression atmosphérique va diminuer. Si le baromètre mesure 989HPa, alors l’appareil indiquera 1000m, pour 794HPa, 2000m.

Il y a des sources d'erreurs possibles. La pression moyenne au niveau de la mer prise comme référence n’est correcte qu’à une certaine température. En l'occurence 15°, ensuite la température moyenne diminue de 0,65° par 100m d’altitude. Mais s’il fait plus chaud ou moins chaud, cela changera. L’erreur ainsi créée est de 0.35% par degré de différence. S’il fait 25° le jour de votre sortie, c’est 3.5% d’erreur.

Pour être juste le GPS avec alti baro doit être équipé d’un thermomètre afin d'effectuer une correction basée sur la mesure de la température.

Pour limiter les erreurs, il faut impérativement calibrer le baromètre avant de partir. On établit ainsi une correspondance entre la pression mesurée sur le décollage et son altitude topographique.

Il y a des erreurs dans les 2 cas et une différence d’approche : le GPS mesure l’altitude absolue à chaque pointage, tandis que le baromètre mesure une différence de pression pour en déduire une altitude relative par rapport au point de départ.

Une étude, publiée en 2015, évalue l’erreur de mesure d’altitude avec le GPS. Ils ont complété leurs travaux avec des test en GPS + GLONASS.

Selon les jours de mesure (les conditions environnementales influençant la réception du signal GPS), l’erreur dans la mesure de l’altitude a varié de 3,6 à 12,8m en utilisant le GPS seul, et de 2,1 à 11,9m en GPS+GLONASS.

Donc, si l’on compare ça aux tests de la précision de positionnement du système GPS (3,351m 95% du temps), l’erreur dans la mesure de l’altitude (axe vertical) peut en effet être largement plus grande que sur le positionnement dans le plan horizontal.

Ces lignes sont un résumé d'un excellent article paru sur un blog consacrés aux montres GPS. L'auteur a la conclusion suivante :

• l’altitude barométrique est meilleure pour mesurer le dénivelé, mais pas pour mesurer l’altitude. Mais il faut pour ça éviter les changements de température et de pression (changement de météo).
• l’ altitude GPS est meilleure pour mesurer l’altitude mais moins pertinente pour mesurer le dénivelé.