Trilatération
Trois sphères se croisent en deux points ; le 4e satellite lève l'ambiguïté.
Horloges atomiques
Chaque satellite porte une horloge césium — précision 10 ns.
La relativité compte
Les horloges GPS dérivent de 38 µs/jour — Einstein est intégré.
L'almanach et l'éphéméride
Pour se localiser, un récepteur utilise l'almanach (données orbitales vagues) et l'éphéméride (coordonnées ultra-précises). Ces données sont transmises lentement par satellite, c'est pourquoi l'A-GPS utilise le réseau mobile pour les télécharger instantanément et accélérer le verrouillage du signal.
Phasage de la porteuse
La précision centimétrique est atteinte en mesurant la phase de l'onde porteuse de 1,5 GHz plutôt que le simple code de données. L'ajout de la fréquence civile L5 permet aussi de corriger les erreurs de réfraction causées par l'ionosphère, améliorant la fiabilité urbaine.
Le retard ionosphérique
L'ionosphère ralentit les signaux GPS, créant des erreurs de distance. Les récepteurs modernes corrigent cet effet en comparant deux fréquences (L1 et L5), tandis que les puces standard utilisent le modèle de Klobuchar, inclus dans le message de navigation, pour estimer et compenser mathématiquement ce délai atmosphérique.
Le code PRN
Les signaux GPS sont plus faibles que le bruit de fond ambiant. Pour les isoler, chaque satellite utilise un code de bruit pseudo-aléatoire (PRN) unique. Le récepteur corrèle ce motif binaire avec ses propres données, permettant d'extraire le signal du bruit via la technologie CDMA.