Het principe is eenvoudig: een apparaat ontvangt signalen van een aantal satellieten. De positie van die satellieten in de ruimte zijn precies bekend. Uit de signalen berekent het apparaat de afstand tot die satellieten.
Daarmee kan de plaats op aarde bepaald worden. In theorie zijn er 3 satellieten nodig om de plaats op aarde te bepalen.
De afstand wordt berekend uit de reistijd van de satellietsignalen. Satellieten zenden met een hoge frequentie signalen naar de aarde. De vertrektijd wordt heel precies gemeten met een atoomklok aan boord van de satelliet en zit in het signaal versleuteld. De afstand van de satelliet naar de ontvanger wordt uitgerekend uit de ‘reistijd’ van het signaal. De aankomsttijd wordt door de ontvanger bepaald. Omdat de ontvanger geen atoomklok heeft is er een 4e satellietsignaal nodig voor de tijdscorrectie. Daarom zijn er minstens 4 satellieten nodig voor een goede plaatsbepaling. En er geldt: hoe meer satellieten zichtbaar zijn voor de ontvanger, hoe nauwkeuriger de plaats kan worden bepaald.
Verstoringen
De baan van de satellieten ligt vast in wat we noemen de ‘almanak’. Omdat de positie en snelheid van satellieten kan variëren worden ze gevolgd vanaf de aarde. Eventuele correcties worden naar de satelliet gestuurd die ze meestuurt met het zogenaamde navigatiebericht.
De afgelegde weg en de voortplantingssnelheid zijn de belangrijkste onzekerheden van de meting. Het satellietsignaal kan verstoord worden door de atmosfeer of andere objecten. De satellietsignalen hebben op hun weg vanaf de satelliet naar de ontvanger op de aarde tal van obstakels en storingsbronnen.
- Satelliet-drift; schommelingen in de satelliet-baan rond de aarde.
- Multipath; valse signalen die ontstaan door de reflectie van het correcte signaal op de grond, tegen gebouwen, bomen, auto’s, wateroppervlakten, natte bladeren en ramen of andere objecten in de buurt.
- Refractie; afbuigingen van signalen bij hun reis door de atmosfeer.
- Interferentie; verstoring van radiosignalen door andere bronnen.
Door de verstoringen kan de afgelegde weg van het signaal langer zijn dan verwacht. Hierdoor komt het signaal dus later aan en lijkt het alsof de satelliet verder weg is. Als deze foutbronnen niet gecorrigeerd of zelfs geëlimineerd worden, zal de nauwkeurigheid niet beter dan 10 meter bedragen. Deze ongecorrigeerde signalen kunnen worden gebruikt voor bijvoorbeeld autonavigatie en recreatie. Voor nauwkeurige toepassingen zullen deze foutenbronnen moeten worden geëlimineerd of gecorrigeerd. Als gevolg hiervan zijn systemen ontwikkeld die een uitgebreid scala aan standaard functies en opties bieden en de meest nauwkeurige plaatsbepaling garanderen.
Correcties
Om de satelliet-drift te compenseren, worden bijvoorbeeld de posities van alle zichtbare satellieten nauwkeurig gevolgd en hun onderlinge bewegingen vastgelegd.
Om multipath te corrigeren, worden satelliet-antennes gemaakt die alleen 'omhoog' kijken. Hiermee wordt getracht alleen directe satelliet-signalen te ontvangen (en dus niet de weerkaatste signalen van een waterplas). Daarnaast worden filtertechnieken. Daarnaast worden filtertechnieken toegepast om indirecte invallende satelliet-signalen te verwijderen.
Om fouten veroorzaakt door de refractie te elimineren, worden correctie-signalen toegevoegd vanaf een vaste referentiepositie binnen 20 km bereik van de satelliet-ontvanger (aangenomen wordt dat de signalen in een bereik van 20 km parallel aan elkaar lopen). Refractie is te vergelijken met een potlood in een glas water. Hoe schever naar het potlood wordt gekeken, hoe meer afbuiging het potlood in het water krijgt.