GPSは実際にどのようにして機器の位置を計算するのか？

GPSは三辺測量という仕組みで動いている。各衛星は自分の正確な位置と、信号を発信した瞬間の時刻を送信し続けている。受信機は信号が発信された時刻と届いた時刻を比較して各衛星までの距離を割り出し、4基以上の衛星からのデータがそろえば、自分の位置と時刻のずれを同時に計算できる。電波は光の速さで進むため、わずかな時間の誤差が大きな距離の誤差になってしまう。だからこそ衛星にはナノ秒単位で正確な原子時計が搭載されている。

カメラを使う方式では膨大な通信量が必要になり、雲がかかった日や夜には使えなくなってしまう。レーダーの反射を使う方式も、世界中の何十億という端末をひとつずつ探査する必要があり、この規模では現実的ではない。

ここで相対性理論が関わってくる。衛星の時計は、高度が高く重力が弱いために速く進む一方、軌道上を高速で移動しているために遅く進む。両方の効果を補正しなければ、GPSの位置は1日でキロメートル単位までずれてしまう。