GPS คำนวณตำแหน่งของอุปกรณ์ได้อย่างไรกันแน่?

GPS ทำงานด้วยหลักการหาตำแหน่งแบบไทรแลเทอเรชัน (trilateration) ดาวเทียมแต่ละดวงจะส่งสัญญาณบอกตำแหน่งที่แม่นยำของตัวเองและเวลาที่ส่งสัญญาณออกไปพอดี เครื่องรับสัญญาณจะเปรียบเทียบเวลาที่ส่งกับเวลาที่รับได้เพื่อคำนวณระยะห่างจากดาวเทียมแต่ละดวง และเมื่อรับสัญญาณจากดาวเทียมได้ตั้งแต่สี่ดวงขึ้นไป ก็จะสามารถคำนวณตำแหน่งของตัวเองพร้อมทั้งค่าปรับเวลาได้ เนื่องจากคลื่นวิทยุเดินทางด้วยความเร็วแสง ความคลาดเคลื่อนของเวลาเพียงเล็กน้อยจึงกลายเป็นความคลาดเคลื่อนของระยะทางที่มากได้ ดาวเทียม GPS จึงต้องติดตั้งนาฬิกาอะตอมที่แม่นยำระดับนาโนวินาที

ระบบที่ใช้กล้องจะต้องใช้แบนด์วิดท์มหาศาลและใช้งานไม่ได้เมื่อมีเมฆบังหรือตอนกลางคืน ส่วนวิธีสะท้อนคลื่นเรดาร์ก็ต้องคอยสแกนหาอุปกรณ์แต่ละเครื่องอย่างจริงจัง ซึ่งเป็นไปไม่ได้ในระยะไกลขนาดนั้นสำหรับอุปกรณ์นับพันล้านเครื่องพร้อมกัน

ทฤษฎีสัมพัทธภาพก็มีบทบาทสำคัญที่นี่ นาฬิกาบนดาวเทียมเดินเร็วขึ้นเพราะแรงโน้มถ่วงที่อ่อนกว่าในระดับความสูงนั้น แต่ก็เดินช้าลงเพราะความเร็วในการโคจร วิศวกรต้องปรับแก้ทั้งสองผลนี้พร้อมกัน ไม่เช่นนั้นตำแหน่งที่ GPS คำนวณได้จะเคลื่อนคลาดไปหลายกิโลเมตรภายในเวลาเพียงหนึ่งวัน