Möjligheten att använda satelliter för lägesbestämning har upptäckts av ett team lett av Dr Richard B. Kershner vid övervakning av radiosändningar av den första satelliten - Sputnik. Teamet observerade att frekvensen hos den utsända signalen ändrades till följd av dopplereffekt när satelliten rör sig. Baserat på dessa frekvensers förändringar, kunde de bestämma positionen för satelliten. Då man vänder på detta tillvägagångssätt genom att känna till satellitpositionen gör att platsen för användare eller föremål blir kända.
Satellitsystemet för bestämning av positioner är baserat på mätning av utbredningstiden (spridningstiden) för en signal som sänds av satelliterna. Utbredningstiden (spridningstidentiden), t, omvandlas till avståndet, s, mellan satelliten och användaren enligt formel s = c * t, där c är ljushastigheten i vakuum ( 3∙108 meter per sekund). Känner man till satellitens position och tidpunkten för utbredningen (spridningen), kan en exakt position bestämmas som en sfär av punkter belägna på samma avstånd från satellitpositionen. Detta betyder att varje satellit gör det möjligt att bestämma en sfär av potentiella platser för användaren. Den exakta positionen för ett objekt definieras av fyra parametrar: latitud, longitud, höjd och tid. För härledning (beräkning) av alla fyra parametrarna måste fyra sfärer vara kända. Användarplatsen utgörs av skärningspunkten mellan alla fyra sfärer. I idealfallet utan fel i uppskattningen av avståndet mellan satelliten och användaren, alla sfärer skär varandra i en punkt. Om avståndet inte är härledd exakt definierar skärningspunkten mellan fyra sfärer ett område av potentiella platser för användaren. Storleken på detta område är proportionellt mot de fel som infördes genom avståndsmätning och den kan minskas genom att beakta information från flera satelliter.
Denna allmänna princip utnyttjas av de vanligaste navigationssystemen som amerikanska GPS-systemet, europeiska systemet Galileo, ryska Glonass-systemet, eller kinesiska KOMPASS.
GPS är ett globalt system för satellitnavigering som utvecklades av USA: s försvarsdepartement för militära ändamål. GPS-projektet startade 1973, och den första experimentella satelliten sköt upp 1978. Nu tillhandahåller GPS positionsbestämning, navigering och tidsmätning inte bara för militärt utan också för civilt bruk runt om i världen. Den består av tre segment(delar): rymd-, styrning- och användarsegment.
Satelliterna sänder tre olikactyper av signaler. Den första, P (precision kod), är en krypterad kod med 10,23 MHz pseudoslumpmässig kodsekvens. Denna kan ersättas av en andra betecknad som Y-kod, då behovet av “anti-spoofing”- (förfalskning) sändningsteknik uppstår. Den sista är C/A (grov/ förvärvs kod) som används för civila ändamål eller för anskaffning av P (Y)-koder. C/A är sammansatt av 1,023 MHz pseudoslumpmässig icke-krypterad sekvens. Navigeringsinformation, dvs meddelandet med information för bestämning av användarnas position, överförs med en hastighet av 50 bps och den läggs till (sätts ihop med) C/A-koden och P (Y)-koden. Dessa båda sekvenser moduleras till så kallad L1 bärvåg vid 1575,45 MHz. Därefter sekvensen som är följden av sammanslagning av navigeringsinformation med P (Y)-koden moduleras till L1 och dessutom till L2 bärvåg vid 1227,6 MHz. Båda meddelanden L1 och L2 sänds sedan till anvädarnas GPS-mottagare. Dessutom kan ytterligare signaler L2C (1227 MHz), L5 (1176 MHz), och L1C (1575 MHz) överföras (sändas) för att minimera positioneringsfel för kommersiella tjänster, respektive Safety-of-life (nödtjänster) och interoperabilitet (vid samverkan) med andra system. Eftersom alla satelliter sänder på samma bärvågsfrekvens, CDMA-multipel (access) åtkomstteknik anses möjliggöra mottagning av signal(er) från fler satelliter.
Den övergripande navigeringinformationen sänds i ramar med 1500 bitars längd. Varje ram består av fem delramar som innehåller olika typer av information såsom satellitposition och tillstånd, klockkorrigering, jonosfärisk fördröjning effekt, konstellationsstatus eller information om satellitbanor. Att sända hela navigeringsinformationen tar 30 sekunder (1500 bitar sänds med 50 bps).
Eftersom den tid som krävs för leverans av komplett information om alla satelliter är för lång (dvs. den tid då enheten slås på (enhetens tillslag) och fastställande av användarens position), kan ett mobilt kommunikationsnät utnyttjas i kombination med satellitnavigationssystem för leverans av en del av information genom att använda mobilnät i stället för konventionell leverans direkt via satellit. Detta tillvägagångssätt kallas Assisted GPS. På detta sätt, kan processen för GPS-igångsättning påskyndas.
Noggrannheten hos positioneringen påverkas av flera aspekter: genom mätning av signalens ankomsttid, atmosfäriska effekter (särskilt jonosfäriska effekter), flervägsutbredning, satellitpositions uppdateringar, klocksynkronisering och mängden av synliga satelliter. Det mest betydande felet kommer till genom jonosfären, detta kan dock minimeras genom att beakta flera signaler (t.ex. L1 och L2) eftersom en effekt av jonosfären påverkar individuella frekvenser olika. Det samlade felet är i storleksordningen upp till 8 meter vad gäller GPS. Noggrannheten kan förbättras ytterligare genom differentiell GPS med hjälp av knutpunkter på marken med exakt definierat läge för just den position som härrör från satelliter.
Det europeiska alternativet till GPS är Galileo. I rymdsegmentet kommer 27 operativa och 3 extra satelliter placeras i tre omloppsbanor med lutning 56 °. Höjden av satelliterna kommer att vara 23 222 km ovanför jorden med omloppstid på 14 timmar. Styrsegmentet består av två driftcentraler en i Oberpfaffenhofen, Tyskland, den andra i Fucino, Italien. Vidare, kommer det att finnas två LEOP- (Lounch and Early Operations) centra, en i Toulouse, Frankrike, och en i Darmstadt, Tyskland. Analogt till GPS, kommer även 5 telemetri-, spårning- och kontrollstationer, 40 sensorstationer och 10 upplänkstationer för övervakning och styrning av satelliterna att användas över hela världen.
Satelliterna, som i GPS sänder flera navigationssignaler (som har beteckning: E1, E5a, E5b, E6). Den första signalen, E1, bär 1,023 MHz okrypterade streckkoder och datanavigering modulerad vid 1575,42 MHz. Denna signal med 125 bps hastighet är tillgänglig för civil användning (betecknas som Öppna tjänster), kommersiella tjänster och nöd-tjänster. Den andra och tredje signal, E5A och E5b, är analog till (motsvarar) E1, men E5a moduleras till 1176,450 MHz och E5b till 1207,140 Mhz. Båda två är av 10,23 MHz kodsekvens. Signalen E5a bär data för navigering och synkroniseringsfunktioner (timing). I motsats till E1 och E5b använder E5a kraftigare modulering och således stöds endast hastigheten på 25 bps. E5a är endast tillgängligt för öppna tjänster. Den sista signalen, E6, är avsedd för kommersiella ändamål och är sålunda krypterad. Denna signal uppbärs vid 1278.750 MHz med 5,115 MHz kodsekvens med bithastigheter på 500 bps.
Principen om fastställande av användarens position är densamma även för andra navigationssystem som: