Работа таких устройств основана на приеме сигналов со специальных спутников, находящихся в космосе на расстоянии не менее 18 ООО км от поверхности земли. Всего в этой системе, называемой еще NAVSTAR, одновременно работает 24 спутника, расположенных на шести разных орбитах — они управляются с наземных станций слежения. Каждый спутник весит более 500 кг и постоянно движется со скоростью около 3 км/с, совершая два полных оборота вокруг планеты менее чем за 24 часа. Их орбиты выбраны так, чтобы в любой точке на поверхности земли можно было принять сигналы сразу от нескольких спутников (иногда число «видимых» GPS-приемником спутников доходит до 8. ..10).

Каждый спутник с интервалом 1 мс передает сигналы на трех частотах. Гражданские GPS-приемники используют частоту «L1», равную 1575,42 МГц. Мощность сигнала передатчика не превышает 50 Вт. В этом сигнале в цифровом виде содержится следующая информация:

♦ порядковый номер спутника и сведения о его состоянии (работоспособности);
♦ место расположения спутника в данный момент времени (параметры орбиты);
♦ координаты всех других спутников, входящих в эту систему;
♦ текущая дата и точное время отправки сообщения, что в дальнейшем используется для установки и коррекции хода часов приемника.

В памяти приемника находится так называемый «альманах», из которого известно, где будет находиться каждый спутник в любой момент времени. При определении собственных координат используются координаты спутников, чтобы рассчитать положение. Другими словами, блок GPS-приемника просто измеряет продолжительность путешествия передаваемых от спутников сигналов, а затем умножает полученное значение на их скорость распространения (известно, что радиоволны распространяются очень быстро — со скоростью света, равной почти 300 000 км/с). Это позволяет определить, как далеко расположен приемник от каждого спутника. Принимая сигналы не менее чем от трех спутников, он может рассчитать вашу широту и долготу. Если же спутников четыре или более, то GPS-приемник может показать положение в трехмерном пространстве, т. е. указать еще и высоту. Постоянно отслеживая ваше передвижение в течение некоторого времени, навигатор рассчитает среднюю скорость и направление движения. Результаты всех расчетов представляются в удобном для пользователя виде.

Конечно, для работы такой системы предъявляются очень высокие требования к точности часов — на спутниках установлены атомные часы, которые обеспечивают синхронный ход бортовых часов с наносекундной точностью (0,000000001 с).