Al momento della creazione dei primi tracciati per questo sito si stavano timidamente affacciando sul mercato i primi ricevitori NAVSTAR GPS a basso costo e veramente tascabili, pertanto la vera diffusione di massa di questi strumenti stava per cominciare. Oggi la situazione è ben diversa, e l'utilizzo della tecnologia GPS è ormai alla portata di tutti; i ricevitori disponibili sul mercato sono tantissimi, di diverse marche e di tutti i prezzi (da poco più di 100 € in su), pertanto ritengo opportuno inserire in queste pagine perlomeno un discorso introduttivo sul funzionamento del GPS in generale e sul suo utilizzo in montagna in particolare.
L'argomento meriterebbe in realtà una trattazione ben più approfondita, ma per il "nostro" uso escursionistico/alpinistico ci possiamo limitare alle considerazioni qui esposte. Il sistema satellitare NAVSTAR GPS (NAVigation System with Time And Ranging Global Positioning System, d'ora in poi per brevità "GPS") è stato introdotto a scopi militari dagli Stati Uniti negli anni '70, al fine di realizzare un sistema di navigazione preciso, affidabile, indipendente dalle condizioni meteo e inattaccabile, come alternativa al LORAN che è dipendente da stazioni terrestri. È basato su una rete di 24 satelliti (21 attivi e 3 di scorta) posti su 6 orbite non geostazionarie inclinate di 55° rispetto all'equatore alla quota di circa 20200 Km (3 satelliti attivi + 1 di scorta per ogni orbita); il periodo di rivoluzione è di 12 ore. L'immagine a destra schematizza il posizionamento delle orbite e la distribuzione dei satelliti.
I satelliti inviano due segnali sulle frequenze di 1.22760 e 1.57542 Ghz; il primo, per uso militare, serve per la localizzazione con precisione inferiore al decimetro; il secondo, utilizzato per scopi civili, consente precisioni (dal 2/5/2000, quando l'errore introdotto volutamente con la "disponibilità selettiva" è stato rimosso) nell'ordine di qualche metro, più che sufficiente per la maggior parte delle applicazioni quotidiane.
Ogni satellite è dotato di un precisissimo orologio atomico al cesio, indispensabile per garantire la massima affidabilità del sistema (e comunque soggetto a continuo controllo e correzione da terra, dato che uno scarto di 0.000001" provoca un inaccettabile errore di 300 m). I satelliti inviano costantemente dati digitali alla velocità di 50 baud comprendenti molte informazioni, la propria posizione e l'istante di trasmissione. Conoscendo quest'ultimo, alla ricezione di un segnale l'apparecchio è in grado di riconoscere da quale satellite (e quindi da che punto dello spazio) arrivi il segnale e può determinare il ritardo con cui questo è stato ricevuto, calcolando di conseguenza la distanza dal trasmettitore e quindi il raggio della sfera, centrata sul satellite, su cui si potrebbe trovare.
Un secondo segnale, proveniente da un secondo satellite, permette di restringere il campo delle possibili posizioni a un cerchio, che è l'intersezione delle due sfere, e un terzo satellite consente di individuare due punti (intersezioni del cerchio precedente con la terza sfera) in cui il ricevitore può trovarsi. Uno dei due viene scartato essendo generalmente in movimento rapidissimo a quota elevatissima, e il rimanente è la vera posizione del ricevitore sulla superficie terrestre (nell'immagine a sinistra l'intersezione di tre sfere in un punto).
Va da sè che per determinare la posizione (fix) è necessaria la ricezione stabile dei segnali di tre satelliti. Per ottenere anche un'indicazione di quota (fix 3D) è necessario un quarto satellite (che serve anche a determinare se ci sono stati errori nella ricezione e alla continua correzione dell'orologio al quarzo interno al ricevitore, molto meno preciso di quelli al cesio montati sui satelliti). È anche ovvio che più i satelliti sono lontani e in direzioni diverse, minore sarà l'incertezza e quindi maggiore la precisione (il parametro della valutazione della disposizione dei satelliti è detto DOP = diluizione della precisione, e può amplificare l'effetto degli errori di rilevamento); a dire il vero i satelliti prossimi all'orizzonte sono quelli il cui segnale subisce più alterazioni, e i satelliti più affidabili sono quelli che si trovano intorno ai 15° di elevazione.
Gli errori nella lettura della posizione possono venire da rallentamenti, deviazioni e riflessioni del segnale dovuti ad esempio all'attraversamento della ionosfera, a ricezione multipath, a imprecisioni nelle orbite, a errori negli orologi ecc. ecc.
I dati inviati dai satelliti sono divisi in pacchetti da 1500 bit; la durata della trasmissione a 50 bps di ogni pacchetto è 30". Ogni pacchetto è diviso in 5 parti da 300 bit. Le prime tre contengono informazioni come data, ora, orbita, correzione dell'orologio e altri dettagli. Le altre due parti contengono invece l'almanacco, che informa il ricevitore circa la posizione di tutti i satelliti. La trasmissione dell'almanacco completo richiede 25 pacchetti, in quanto viene diviso appunto in 25 parti, inviate una dopo l'altra nei 2/5 finali di ogni pacchetto.
Alla prima accensione di un GPS nuovo è necessario attendere quindi la ricezione di questi 25 pacchetti da 30" ognuno (per un totale di 12'30") prima di poter utilizzare l'apparecchio che, una volta ottenuti tutti i dati con cui "partire", sarà finalmente in grado di rilevare la propria posizione sotto forma di latitudine, longitudine e quota.
Il ricevitore GPS fa infatti proprio questo: determina la propria posizione sulla terra o in cielo. Tutti i rimanenti dati derivano dall'elaborazione delle informazioni provenienti da questa funzione essenziale; la visualizzaione di una traccia è il risultato di una sequenza continua di letture di posizione, la memorizzazione di un waypoint è semplicemente la registrazione di un gruppo di dati comprendenti principalmente la posizione.

La varietà di utilizzi che il GPS permette è molto grande, pertanto è opportuno distinguere alcune famiglie di apparecchi dal momento che non tutti permettono di fare quello che si vuole in ogni occasione.

- GPS portatili non cartografici: delle dimensioni di un cellulare o poco più (ma esistono anche modelli da polso), rappresentano gli apparecchi "entry-level", sono i più a buon mercato essendo dotati delle sole funzioni di base ma sono già adatti per l'uso escursionistico; tra i più diffusi ricordiamo i primi modelli di eTrex (a sinistra l'eTrex standard in volo su un ultraleggero). Non sono dotati di alcuna cartografia stradale, ma sono comunque in grado di fornire, oltre alla propria posizione, tutta una serie di dati importanti come quota, direzione, distanza da un punto memorizzato e suo rilevamento, distanza percorsa; possono in genere registrare, salvare e visualizzare il percorso seguito, e permettono di tornare sui propri passi fino al punto di partenza. Attraverso una connessione (seriale o USB) con un computer è possibile trasferire, di solito in entrambe le direzioni, dati relativi alle tracce percorse o da seguire e ai waypoint memorizzati. I modelli più completi dispongono di bussola elettronica e altimetro barometrico digitale. I pregi dei GPS basici vanno ricercati soprattutto nella semplicità di utilizzo e nel basso costo.

- GPS portatili cartografici: costituiscono lo scalino superiore ai modelli base (a destra l'eTrex Venture Cx, fratello maggiore quasi gemello dell'eTrex base), ma per certi versi sono in assoluto i più versatili, seppur naturalmente a un costo più elevato (indicativamente dai 250 € in su). Dispongono di una memoria interna (e/o di uno slot per scheda di memoria) in cui caricare la cartografia digitale che si ritiene più utile in quanto lo stesso apparecchio è generalmente in grado di gestire ad esempio dati stradali, nautici o curve di livello. Sul display, che può essere in bianco e nero o, sui modelli più recenti, a colori, possono visualizzare la propria posizione sulla cartina e permettono di seguire rotte precalcolate; oltre a tutte le funzioni di base comprendono spesso una gestione avanzata dei waypoints, delle tracce e delle rotte, e sono in grado di guidare l'utilizzatore durante la navigazione su queste ultime con indicazioni sonore e visive; i modelli più sofisticati sono in grado di generare rotte sulla base della cartografia e possono pertanto essere utilizzati anche come navigatori stradali. La connessione con un computer (USB su molti modelli recenti) è utilizzata sia per l'upload della cartografia e dei POI (Point of Interest) che per il download dei tracciati registrati e il backup dei dati.

- Navigatori stradali: sono uno strumento di navigazione dedicato all'utilizzo automobilistico o motociclistico; dispongono di una cartografia stradale generalmente molto dettagliata e aggiornabile e sono in grado di guidare l'utilizzatore da un punto all'altro (con precisione fino al numero civico) con indicazioni visive, grafiche anche 3D e vocali. Rappresentano una fetta notevolissima del mercato e sono anche un oggetto hi-tech a cui molti non rinunciano nell'acquisto di una nuova automobile, su cui quasi sempre è offerto integrato nel cruscotto di serie o come optional, ma esistono anche in versione portatile. Dispongono a volte di display touch-screen e di funzioni accessorie come il riproduttore di MP3 o il vivavoce Bluetooth per il cellulare. Svolgono egregiamente il loro compito su strada, ma per l'uso sui sentieri sono senza dubbio poco utili.

- Computer palmari con GPS: si tratta essenzialmente di un normale computer palmare, integrante anche un'antenna e un ricevitore GPS. Un apposito software presente nella memoria del computer elabora i dati e si occupa di tutte le funzioni che generalmente si trovano in un portatile cartografico, con un buon display a colori e tutte le funzioni necessarie. L'autonomia senza alimentazione esterna è spesso piuttosto scarsa, e questo rappresenta un po' un grave limite per l'escursionista.

- Ricevitori GPS esterni per computer: non sono un GPS "standalone", mancando completamente di capacità di elaborazione e visualizzazione; il loro compito è quello di inviare attraverso un collegamento solitamente USB o Bluetooth i dati a un computer, un palmare o un cellulare predisposto, che si occupa di svolgere le funzioni di localizzazione e navigazione attraverso specifici software. Assolutamente inutili in montagna.

- Altri GPS: sono concepiti per usi e installazioni specifici, come la navigazione aerea o navale e per l'utilizzo topografico. Nel primo caso i modelli più completi, muniti di cartografia aeronautica dettagliata e ovviamente aggiornabile, sono integrati nell'avionica e possono sostituire praticamente tutti gli strumenti del velivolo con uno o addirittura due o più grandi pannelli a colori ("glass cockpit"), comprendenti moving-map tridimensionale, visione sintetica, indicazione della rotta da seguire, degli spazi aerei da incontrare o evitare, delle frequenze per le comunicazioni radio, di tutti i dati su aeroporti e aviosuperfici, nonchè fornire tutte le informazioni indispensabili per il volo, come quota, distanza dal terreno, bussola, anemometro, orizzonte artificiale, HSI, strumenti motore ecc. ecc., ricevere e visualizzare dati in tempo reale dai satelliti meteorologici e dialogare con il radar meteo e con l'autopilota, portando fisicamente l'aereo o l'elicottero da un luogo all'altro lungo la rotta prestabilita. La tecnologia attuale mette a disposizione queste funzioni, una volta riservate a velivoli commerciali, anche per l'aviazione leggera e ultraleggera (a prezzi che partono dai 1500 € e... praticamente non hanno limiti). Nella foto a sinistra un GPS integrato nel pannello di un ultraleggero Pioneer 300.