壹是知道衛星的確切位置；
第二是精確測量從衛星到我們在地球上的位置的距離。讓我們看看如何做到這壹點。
GPS導航示意圖
如何知道衛星的準確位置
知道衛星的確切位置。首先，要通過周密的考慮，優化衛星的軌道設計。而且監測站要通過各種手段持續監測衛星的運行狀態，及時發送控制指令，使衛星保持在正確的軌道上。正確的軌跡被編譯成星歷表，註入衛星，並通過衛星發送到GPS接收機。通過正確接收每個衛星的星歷表，我們可以知道衛星的準確位置。
這個問題已經解決了，下壹步就是精確確定壹個用戶與地球上壹顆衛星的距離。這顆衛星遠在地球的上層空間，它在運動。我們不能像測量地面上的東西壹樣用尺子去測量，那怎麽做呢？
如何測量衛星到用戶的距離
我們過去都學過這個公式:時間x速度=距離。我們從物理學上也知道，無線電波傳播的速度是每秒30萬公裏，所以只要知道衛星信號到達我們這裏的時間，就可以用速度乘以時間等於距離的公式求出距離。因此，問題歸結為測量信號傳播的時間。
為了精確測量信號傳播時間，必須解決兩個問題。壹個是時間基準。也就是說，必須有壹個準確的時鐘。就像我們每天測量壹張桌子的長度壹樣，我們需要壹把尺子。如果尺子本身不標準，測出來的長度就會不準確。二是解決測量方法問題。
時間基準問題
GPS系統在每顆衛星上都裝有非常精確的原子鐘，通常由監測站校準。衛星發送導航信息以及準確的時間信息。GPS接收器接收該信息，並將其與自己的時鐘同步，從而可以獲得準確的時間。因此，GPS接收機不僅能精確定位，還能產生精確的時間信息。
壹種測量衛星信號傳輸時間的方法
為了避免使用太多的專業術語，我們先打個不恰當的比喻。我們在我們的地方和衛星上同時啟動錄音機播放《東方紅》的音樂，應該能聽到《東方紅》的音樂壹首接壹首(其實衛星上放的音樂我們聽不到，但肯定是跑調了)。為了使兩者協調壹致，我們推遲了地面記錄器的啟動。當我們聽到兩首歌曲合拍時，啟動錄音機的延遲時間等於歌曲從衛星傳到地面的時間。當然，無線電波比聲波快得多，耳朵是接收不到無線電波的。所以，其實我們播的不是《東方紅》音樂，而是壹段叫偽隨機碼的二進制代碼。延遲GPS接收機產生的偽隨機碼，使之與從衛星接收到的碼字同步，測得的延遲時間就是衛星信號到達GPS接收機的時間。至此，我們已經解決了測量衛星與用戶之間距離的問題。當然，以上都還是很理想的情況。實際情況比上面復雜得多，所以要采取壹些對策。例如，無線電波的傳播速度並不總是壹個常數。穿過電離層的離子和對流層的水汽會有壹定的延遲。壹般情況下，我們可以根據監測站收集的氣象數據，使用典型的電離層和對流層模型進行校正。此外，在無線電波傳輸到接收天線之前，由於各種障礙物和地面的折射和反射，也會產生多徑效應。因此，在設計GPS接收機時應采取相應的措施。當然，這是以增加GPS接收機成本為代價的。雖然原子鐘非常精確，但它也不是沒有誤差。GPS接收機中的時鐘無法像衛星上那樣配備昂貴的原子鐘，所以GPS接收機中的時鐘是通過測量第四顆衛星來校準的。正如我們前面提到的，每三顆衛星可以被測量以定位壹個點。利用第四顆衛星和前三顆衛星的組合，可以測量其他點。理想情況下，所有測量的點應該重合。但其實並不完全重合。利用這壹點，可以依次校準GPS接收機的時鐘。測量距離時選擇衛星的相互幾何位置，測量誤差也不同。為了精確定位，可以測量更多的衛星，選擇幾何位置較遠的衛星組合，測量誤差小。當我們提到測量誤差的時候，還有壹點要提到，那就是美國的選擇性可用性。在GPS設計中，美國政府計劃提供兩種服務。壹種是標準定位服務(SPS)，使用粗碼(C/A)進行定位，精度約為100m，提供民用。另壹種是精確定位服務(PPS)，使用精確碼(P碼)進行定位，精度為10m，提供給軍方和特許私人用戶。由於多次實驗表明SPS的定位精度高於原設計，美國政府為了自身安全，對名為“選擇性可用性SA”的民用代碼進行了幹擾，以保證其軍用系統的最佳效能。由於SA通過衛星在導航電文中隨機加入誤差信息，民用信號C/A碼的定位精度降為二維均方根誤差約100米。
差分GPS技術(DGPS)可以消除上述大部分誤差和SA帶來的幹擾，從而提高衛星導航定位的整體精度，使系統誤差在10 ~ 15米以內。
GPS技術誤差
在GPS定位過程中，有三個誤差。壹部分是針對每個用戶接收機的，如衛星時鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對流層誤差等。第二部分是用戶無法測量或校正模型無法計算的傳播延遲誤差；第三部分是每個用戶接收機的固有誤差，如內部噪聲、信道延遲、多徑效應等。利用差分技術，可以完全消除第壹部分誤差，消除第二部分誤差的大部分，第二部分誤差與參考接收機到用戶接收機的距離有關。第三部分誤差無法消除，只能通過提高GPS接收機本身的技術指標。本質上，美國給選擇性可用帶來的誤差人為地增加了前兩部分誤差，所以差異技術相應地克服了選擇性可用帶來的影響。
差分GPS技術消除常見誤差的原理
如果參考接收器設置在離用戶500公裏以內。它和用戶接收機同時接收壹顆衛星的信號，所以我們可以認為信號傳到兩個接收機所經過的電離層和對流層基本相同，所以延遲是壹樣的。因為接收的是同壹顆衛星，所以星歷誤差和衛星鐘差也是壹樣的。如果我們通過其他方法知道三維坐標(也可以用高精度的GPS接收機實現，其價格遠高於壹般的GPS接收機)，那麽我們就可以從測得的偽距計算出誤差。通過將該誤差數據傳送給用戶，用戶可以從測量的偽距中扣除該誤差，並實現更精確的定位。
GPS數據處理軟件是GPS用戶系統的重要組成部分。其主要功能是對GPS接收機獲得的衛星測量記錄數據進行“粗加工”和“預處理”，並對處理結果進行平差計算、坐標轉換和綜合分析。求解測站的三維坐標，測量體的坐標，移動速度，方向，精確時間。
GPS定位技術是壹項正在發展的高新技術，數據處理技術也在不斷更新。各系列GPS接收機廠商開發的處理軟件也各有特色。全球定位系統(GPS)是近年來發展起來的最前沿的高科技技術之壹。其全球、全方位、全天候的導航、定位、授時、測速等優勢必將在眾多領域得到越來越廣泛的應用。在發達國家，GPS技術已經應用於交通和道路工程。目前，GPS技術在我國道路工程和交通管理中的應用剛剛起步。相信隨著我國經濟的發展，高等級公路的快速建設，GPS技術應用研究的逐步深入，其在道路工程中的應用將會更加廣泛和深入，發揮更大的作用。GPS導航系統與電子地圖、無線通信網絡和計算機車輛管理信息系統相結合，可以實現車輛跟蹤和交通管理等多種功能。這些功能包括:車輛跟蹤可以利用GPS和電子地圖實時顯示車輛的實際位置，並可以隨意放大、縮小、還原和改變；可以隨目標移動，使目標始終停留在屏幕上；而且可以實現多窗口、多車輛、多屏幕的同時跟蹤。該功能可用於跟蹤和運輸重要的車輛和貨物。
提供出行路徑規劃和導航是汽車導航系統的重要輔助功能，包括自動路徑規劃和人工路徑設計。自動路線規劃是駕駛員確定起點和終點，計算機軟件根據要求自動設計最佳行駛路線，包括計算最快路線、最簡單路線和通過高速公路路段次數最少的路線。人工路線設計是駕駛員根據自己的目的地設計起點、終點和經過點，自動建立路線庫。路線規劃完成後，顯示器可以在電子地圖上顯示設計好的路線，同時顯示汽車的行駛路徑和方法。
信息查詢為用戶提供主要對象，如旅遊景點、酒店、醫院等數據庫，用戶可以在電子地圖上根據自己的需求進行查詢。查詢數據可以以文字、語言和圖像的形式顯示，其位置可以顯示在電子地圖上。同時，監控中心可以使用監控控制臺查詢區域內任意目標的位置，車輛信息將以數字形式顯示在控制中心的電子地圖上。
(4)交通指揮
指揮中心可以監控區域內車輛的運行狀態，合理調度被監控車輛。指揮中心還可以隨時與被跟蹤目標通話，實施管理。
(5)緊急援助
通過GPS定位和監控管理系統，可以向處於危險或事故中的車輛提供緊急援助。監控站電子地圖顯示求助信息和報警目標，規劃最優救助方案，並以報警聲光提醒值班人員進行緊急處理。
目前，GPS技術在汽車導航和交通管理工程中的研究和應用在國內剛剛起步，而國外在這方面的研究已經開始並取得了壹定的成果。加拿大卡爾加裏大學設計了壹個動力定位系統，包括壹個捷聯慣性系統、兩個GPS接收器和壹臺微型計算機。它可以測量現有道路的線形參數，為道路管理系統服務。美國為城市開發了道路交通管理系統。該系統利用GPS和GIS建立道路數據庫，包含道路的準確位置、路面狀況、沿路設施等各種當前數據。該系統於1995正式投入運行，在城市道路交通管理中發揮了重要作用。近年來，國外已經開發了各種車輛引導系統。過去，車輛位置的實時確定主要基於慣性測量系統和車輪傳感器。隨著GPS的發展和優勢，它有取代前兩種方法的趨勢。壹般用於城市車輛引導的GPS定位是在城市中設立壹個參考站。車載GPS實時接收參考站傳輸的信息，經過差分處理後可以計算出實時位置。通過優化當前位置和路網中要到達的目標，可以在道路電子地圖上顯示到達目標的最優路線，服務於公安、消防、搶修、急救等車輛。