Trilateration
Drei Sphären schneiden sich in zwei Punkten — der vierte Satellit löst die Mehrdeutigkeit.
Atomuhren
Jeder Satellit trägt eine Cäsium-Uhr — Genauigkeit auf 10 Nanosekunden.
Relativität zählt
GPS-Uhren ticken pro Tag um 38 µs anders als auf der Erde — Einstein ist eingebaut.
Almanach und Ephemeriden
Empfänger nutzen Almanach-Daten für grobe Satellitenpositionen und hochpräzise Ephemeriden für exakte Berechnungen. Da Ephemeriden nur wenige Stunden gültig sind und langsam übertragen werden, nutzen Smartphones Assisted GPS (A-GPS), um diese Daten schneller über das Internet zu laden.
Trägerphasen-Messung
Moderne Geräte nutzen nicht nur den Daten-Code, sondern messen die Phase der 1,5-GHz-Trägerwelle. Da deren Wellenlänge nur 19 cm beträgt, ermöglicht dies eine Genauigkeit im Zentimeterbereich. Neue L5-Frequenzen korrigieren zudem Signalfehler, die durch die Ionosphäre der Erde entstehen.
Ionosphärische Verzögerung
Geladene Teilchen in der Ionosphäre verlangsamen GPS-Signale und verursachen Positionsfehler. Dualfrequenz-Empfänger korrigieren dies durch den Vergleich von L1- und L5-Signalen, während einfache Geräte das mathematische Klobuchar-Modell nutzen, um die atmosphärische Brechung basierend auf Satellitendaten grob zu schätzen.
Der PRN-Code
Obwohl GPS-Signale schwächer als das Hintergrundrauschen sind, werden sie durch Pseudo-Random-Noise-Codes (PRN) erkennbar. Der Empfänger gleicht interne Bitmuster mit den Satellitensignalen ab. Diese Korrelation ermöglicht es, mehrere Satelliten auf derselben Frequenz mittels CDMA-Verfahren gleichzeitig und präzise zu unterscheiden.