La base de GPS es la triangulación por satélite. Para la triangulación, un receptor GPS mide la distancia usando el tiempo de viaje (o propagación) de las señales de radio, para medir el tiempo de viaje, GPS necesita temporización muy precisa, la cual se logra con algunos trucos. Además de la distancia, se necesita saber exactamente dónde están los satélites en el espacio. Las órbitas altas y el cuidadoso seguimiento son el secreto. Finalmente se deben corregir los retrasos que experimenta la señal cuando viaja a través de la atmósfera.

Triangulación

La idea que hay detrás del GPS es usar satélites en el espacio como puntos de referencia para localizaciones en la tierra. Mediante la medición muy precisa de nuestra distancia a los tres satélites, podemos lograr por "triangulación" nuestra posición en cualquier lugar de la tierra. Se usa la palabra "triangulación" porque es una palabra que entiende mucha gente, pero realmente lo que hace GPS no es "triangulación" porque no intervienen los ángulos.

El código pseudo-aleatorio (cuyas siglas en inglés son PRC) es una parte fundamental de GPS. Físicamente es sólo un código digital muy complicado, o en otras palabras, una secuencia compleja de pulsos "ON" y "OFF". La señal es tan complicada que casi parece un ruido eléctrico aleatorio (de aquí el nombre de pseudo-aleatorio).

Vamos a ver la señal GPS en detalle:

• Portadoras: Los satélites GPS transmiten señales en 2 frecuencias portadoras:

1. La portadora L1 es 1.575’42 Mhz. y transporta tanto el estado del mensaje como el código pseudo-aleatorio para el tiempo.
2. La portadora L2 es 1.227’60 Mhz. y se usa para el código pseudo-aleatorio militar que es mucho más preciso.

• Código pseudo-aleatorio: Hay dos tipos de códigos pseudo-aleatorios:

1. Código de adquisición ordinaria ( C/A ="Coarse Adquisition"): modula a la portadora L1 a una tasa de 1 Mhz. y se repite cada 1.023 bits. Cada satélite tiene un único código pseudo-aleatorio. El código C/A es la base para el uso civil del GPS.
2. Código preciso o código P: se repite en un ciclo de 7 días y modula a las portadoras L1 y L2 a 10 Mhz. Este código está destinado para usos militares y puede ser encriptado. Cuando está encriptado se llama código Y. Como el código P es más complejo que el código C/A, también es más difícil de captar para los receptores. Este es el motivo por el que algunos receptores militares empiezan captando el código C/A primero y luego se mueven al código P.

• Mensaje de navegación: Hay una señal de baja frecuencia añadida a los códigos L1 que da información sobre las órbitas de los satélites, las correcciones de sus relojes y otros estados del sistema.

Hay varias buenas razones para esta complejidad: primero, el patrón complejo ayuda a asegurarse que el receptor no se sincronizará accidentalmente con alguna otra señal. Los patrones son tan complejos que es altamente improbable que una señal extraviada tenga exactamente la misma forma.

El sistema NAVSTAR-GPS se basa en la medida simultánea de la distancia entre el receptor y al menos 4 satélites. El sistema ofrece las siguientes informaciones: Posición del receptor, Referencia temporal muy precisa, Las distancias entre el receptor y el satélite se obtienen por medio del retardo temporal entre que el satélite envia la señal hasta que el receptor la recibe. Se obtiene la ecuación de un esferoide (1 ecuación por cada satélite). La intersección de todos estos esferoides dá la posición del usuario.

Los satélites emiten dos portadoras a la misma frecuencia. Estas portadoras están moduladas en fase (BPSK) por diferentes códigos pseudoaleatorios.
El receptor GPS calcula la correlación entre el código recibido y el código del satélite cuya señal pretende detectar, de esta forma: Se pueden separarar las señales de los diferentes satélites y finalmente se obtiene el retardo temporal.

En principio podríamos pensar que calculando los retardos temporales entre 3 satélites y el usuario ya tendríamos la posición deseada (Xi,Yi,Zi), puesto que tres esferoides que se cortan definen un punto. Bastaría con sólo 3 satélites para determinar la posición. Pero esto exige una precisión muy buena y una gran estabilidad de los relojes, tanto del satélite como del receptor. Si bien los satélites cumplen estas dos condiciones, pues incorporan un reloj atómico (que son muy precisos y muy estables), este no es el caso de los receptores puesto que su precio sería desorbitado.

La solución a este problema es introducir una nueva incógnita en el sistema (además de las tres coordenadas espaciales del receptor) debido a la deriva que existe entre el reloj del satélite y el reloj del usuario. Y es por esto por lo que necesitamos 4 satélites como mínimo, y no 3 como parecía en un principio.