หลักการพื้นฐานของระบบนำทาง GPSคือการวัดระยะห่างระหว่างดาวเทียมที่ทราบตำแหน่งกับเครื่องรับของผู้ใช้ แล้วรวมข้อมูลของดาวเทียมหลายดวงเพื่อทราบตำแหน่งเฉพาะของเครื่องรับ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ตำแหน่งของดาวเทียมจะสามารถพบได้ในจุดชั่วคราวของดาวเทียมตามเวลาที่บันทึกไว้ในนาฬิกาบนเครื่องบิน ระยะห่างจากผู้ใช้ถึงดาวเทียมนั้นได้มาจากการบันทึกเวลาที่สัญญาณดาวเทียมเดินทางถึงผู้ใช้แล้วคูณด้วยความเร็วแสง (เนื่องจากการรบกวนของชั้นบรรยากาศในชั้นบรรยากาศ ทำให้ระยะนี้ไม่ใช่ระยะทางจริง ระยะห่างระหว่างผู้ใช้กับดาวเทียม แต่ Pseudo-range (PR): เมื่อดาวเทียม GPS ทำงานได้ตามปกติ พวกเขาจะส่งข้อความการนำทางต่อไปด้วยรหัสสุ่มหลอก (เรียกว่ารหัสหลอก) ที่ประกอบด้วยสัญลักษณ์ไบนารี 1 และ 0 ที่นั่น เป็นรหัสหลอกสองประเภทที่ใช้โดยระบบ GPS ได้แก่ รหัส C/A พลเรือน และรหัส P(Y) ทหาร ความถี่รหัส C/A คือ 1.023MHz ระยะเวลาการทำซ้ำคือหนึ่งมิลลิวินาที และช่วงรหัสคือ 1 ไมโครวินาที ซึ่งเทียบเท่ากับ 300 เมตร ความถี่ของรหัส P คือ 10.23MHz และระยะเวลาการทำซ้ำคือ 266.4 วัน ช่วงเวลาคือ 0.1 ไมโครวินาที ซึ่งเทียบเท่ากับ 30 เมตร รหัส Y ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของรหัส P ประสิทธิภาพการรักษาความปลอดภัยจะดีกว่า ข้อความการนำทางรวมถึงข้อมูลชั่วคราวของดาวเทียม สภาพการทำงาน การแก้ไขนาฬิกา การแก้ไขความล่าช้าของไอโอโนสเฟียร์ การแก้ไขการหักเหของแสงในชั้นบรรยากาศ ฯลฯ มันถูกดีมอดูเลตจากสัญญาณดาวเทียมและส่งผ่านความถี่พาหะด้วยการมอดูเลต 50b/s แต่ละเฟรมหลักของข้อความการนำทางประกอบด้วย 5 เฟรมย่อยที่มีความยาวเฟรม 6 วินาที สามเฟรมแรกแต่ละเฟรมมี 10 คำ แต่ละอันจะเล่นซ้ำทุกๆ 30 วินาทีและอัพเดททุกชั่วโมง สองเฟรมสุดท้ายมีทั้งหมด 15,000b เนื้อหาของข้อความการนำทางส่วนใหญ่ประกอบด้วยรหัสการวัดและส่งข้อมูลทางไกล รหัสการแปลง และบล็อกข้อมูลที่หนึ่ง สอง และสาม ซึ่งสำคัญที่สุดคือข้อมูลชั่วคราว เมื่อผู้ใช้ได้รับข้อความการนำทาง ให้แยกเวลาดาวเทียมและเปรียบเทียบกับนาฬิกาของตนเองเพื่อทราบระยะห่างระหว่างดาวเทียมกับผู้ใช้ จากนั้นใช้ข้อมูลชั่วคราวของดาวเทียมในข้อความนำทางเพื่อคำนวณตำแหน่งของดาวเทียมเมื่อส่งสัญญาณ ข้อความ สามารถทราบตำแหน่งและความเร็วของผู้ใช้ในระบบพิกัดทางภูมิศาสตร์ WGS-84 ได้
จะเห็นได้ว่าบทบาทของดาวเทียมส่วนหนึ่งคือระบบนำทาง GPSคือการส่งข้อความนำทางอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากนาฬิกาที่ใช้โดยเครื่องรับของผู้ใช้และนาฬิกาบนดาวเทียมไม่สามารถซิงโครไนซ์ได้เสมอไป นอกเหนือจากพิกัดสามมิติของผู้ใช้ x, y และ z แล้ว a Δt คือความแตกต่างของเวลาระหว่างดาวเทียมและเครื่องรับ , ยังแนะนำเป็นตัวเลขที่ไม่รู้จักอีกด้วย จากนั้นใช้สมการ 4 ข้อเพื่อแก้ปริศนา 4 ข้อนี้ ดังนั้นหากต้องการทราบว่าเครื่องรับอยู่ที่ไหน จะต้องสามารถรับสัญญาณดาวเทียมได้อย่างน้อย 4 ตัว
ที่เครื่องรับ GPSสามารถรับข้อมูลเวลาได้อย่างแม่นยำถึงระดับนาโนวินาทีที่สามารถนำไปใช้ในการกำหนดเวลาได้ ข้อมูลพยากรณ์ชั่วคราวสำหรับการพยากรณ์ตำแหน่งโดยประมาณของดาวเทียมในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า ระยะออกอากาศเพื่อคำนวณพิกัดดาวเทียมที่จำเป็นสำหรับการกำหนดตำแหน่ง โดยมีความแม่นยำตั้งแต่ไม่กี่เมตรถึงสิบเมตร (แตกต่างจากดาวเทียมเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลา) และระบบ GPSข้อมูลต่างๆ เช่น สถานะของดาวเทียม
ที่เครื่องรับ GPSสามารถวัดรหัสเพื่อรับระยะห่างจากดาวเทียมถึงเครื่องรับได้ เนื่องจากประกอบด้วยข้อผิดพลาดของนาฬิกาดาวเทียมของผู้รับและข้อผิดพลาดในการแพร่กระจายของชั้นบรรยากาศ จึงเรียกว่าซูโดเรนจ์ ช่วงเทียมที่วัดได้สำหรับโค้ด 0A เรียกว่าช่วงเทียมของโค้ด UA และมีความแม่นยำประมาณ 20 เมตร ช่วงเทียมที่วัดได้สำหรับโค้ด P เรียกว่าช่วงเทียมของโค้ด P และมีความแม่นยำประมาณ 2 เมตร
ที่เครื่องรับ GPSถอดรหัสสัญญาณดาวเทียมที่ได้รับหรือใช้เทคนิคอื่นเพื่อลบข้อมูลที่มอดูเลตบนพาหะ จากนั้นจึงสามารถกู้คืนพาหะได้ พูดอย่างเคร่งครัด เฟสพาหะควรเรียกว่าเฟสความถี่พาหะ ซึ่งเป็นความแตกต่างระหว่างเฟสพาหะสัญญาณดาวเทียมที่ได้รับซึ่งได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงดอปเปลอร์ และเฟสสัญญาณที่เกิดจากการสั่นเฉพาะที่ของเครื่องรับ โดยทั่วไปวัด ณ เวลายุคที่กำหนดโดยนาฬิกาของเครื่องรับและการติดตามสัญญาณดาวเทียม ค่าการเปลี่ยนแปลงเฟสสามารถบันทึกได้ แต่ไม่ทราบค่าเริ่มต้นของเฟสของเครื่องรับและออสซิลเลเตอร์ดาวเทียมที่จุดเริ่มต้นของการสังเกต ยังไม่ทราบจำนวนเต็มเฟสของยุคเริ่มต้นนั่นคือความคลุมเครือของทั้งสัปดาห์สามารถแก้ไขได้เป็นพารามิเตอร์ในการประมวลผลข้อมูลเท่านั้น ความแม่นยำของค่าการสังเกตเฟสนั้นสูงถึงมิลลิเมตร แต่สมมติฐานคือการแก้ความคลุมเครือของเส้นรอบวงทั้งหมด ดังนั้นค่าการสังเกตเฟสสามารถใช้ได้เฉพาะเมื่อมีการสังเกตแบบสัมพัทธ์และค่าการสังเกตแบบต่อเนื่องเท่านั้น และความแม่นยำของตำแหน่งที่ดีกว่าระดับมิเตอร์ก็เป็นเพียงการสังเกตเฟสเท่านั้นที่สามารถใช้ได้
ตามวิธีการระบุตำแหน่ง การวางตำแหน่ง GPS จะแบ่งออกเป็นการวางตำแหน่งจุดเดียวและการวางตำแหน่งสัมพัทธ์ (การวางตำแหน่งที่แตกต่างกัน) การวางตำแหน่งแบบจุดเดียวเป็นวิธีการกำหนดตำแหน่งของเครื่องรับตามข้อมูลการสังเกตของเครื่องรับ สามารถใช้ได้เฉพาะการสังเกตด้วยแสงเทียมและสามารถใช้สำหรับการนำทางคร่าวๆ และการวางตำแหน่งของยานพาหนะและเรือ การวางตำแหน่งสัมพัทธ์ (การวางตำแหน่งแบบดิฟเฟอเรนเชียล) เป็นวิธีการกำหนดตำแหน่งสัมพัทธ์ระหว่างจุดสังเกตโดยอาศัยข้อมูลการสังเกตของเครื่องรับมากกว่าสองตัว สามารถใช้การสังเกตแบบหลอกหรือการสังเกตเฟสก็ได้ ควรใช้การวัดทางเรขาคณิตหรือทางวิศวกรรม ใช้การสังเกตเฟสสำหรับการวางตำแหน่งที่สัมพันธ์กัน
การสังเกตด้วย GPSรวมถึงความแตกต่างของนาฬิกาดาวเทียมและตัวรับสัญญาณ ความล่าช้าในการแพร่กระจายของชั้นบรรยากาศ ผลกระทบแบบหลายเส้นทาง และข้อผิดพลาดอื่นๆ นอกจากนี้ยังได้รับผลกระทบจากข้อผิดพลาดชั่วคราวของการออกอากาศผ่านดาวเทียมระหว่างการคำนวณตำแหน่ง ข้อผิดพลาดทั่วไปส่วนใหญ่เกิดจากการวางตำแหน่งที่สัมพันธ์กัน การยกเลิกหรือการลดลง ดังนั้นความแม่นยำของตำแหน่งจะดีขึ้นอย่างมาก เครื่องรับความถี่คู่สามารถยกเลิกส่วนหลักของข้อผิดพลาดไอโอโนสเฟียร์ในชั้นบรรยากาศได้ โดยอิงจากการสังเกตความถี่ทั้งสอง ) ควรใช้เครื่องรับความถี่คู่
