空间星座部分的各颗GPS卫星向地面发射信号，然后用户设备通过接收、测量各颗可见卫星信号，并从信号中获取卫星的运行轨道信息，进而确定用户接收机自身的空间位置。
空间星座部分与用户设备的这种联系是单向的，信号、信息只从空间星座部分向用户设备部分传递。卫星信号从20200Km的高空被播发后，大约需要70ms的时间就到达地球表面。卫星信号中包含着信号发射时间的精确信息，这是用户设备用来测量其本身到卫星距离的一个必要条件。
空间星座部分为GPS提供了定位基础，并且可以支持无数个GPS用户。然而，它们不会替用户自己定位，用户只有通过GPS用户设备才能实现定位。用户设备可以简单地理解为GPS接收机，它主要由接收机硬件、数据处理软件、微处理器和终端设备组成。用户设备的主要任务是跟踪可见GPS卫星，对接收到的卫星无线电信号经过数据处理后获得定位所需的测量值和导航信息，最后完成对用户的定位运算和可能的导航任务。
通过天线接收所有可见GPS卫星的信号后，接收机对这些信号进行数据处理而精确地测量出各个卫星信号的发射时间，接着将其自备时钟所显示的信号接收时间与测量所得的信号发射时间相减后再乘以光速，由此得到接收机与卫星之间的距离。同时，接收机还从卫星信号中解译处卫星的运行轨道参数，并以此准确地计算出卫星的空间位置。如果卫星1、2、3的空间位置在某一直角坐标系中的坐标为
，那么我们根据高中数学知识可以列出以下方程：
其中，未知数(x,y,z)正是我们想要的用户接收机位置。从方程组中解出三个未知数(x,y,z)，便得到了用户自身的三维坐标。
因为接收机时钟通常与卫星时钟不同步，所以接收机需要有4颗卫星的测量值，然后4个方程一并求解出x,y,z和接收机钟差(t)这4个未知数，这便是GPS定位、定时的基本原理。
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