El mismo concepto de triangulación se aplica en tres dimensiones, pero en lugar de trabajar con círculos, lo haces con esferas.  Aunque es más difícil de visualizar, es básicamente la misma idea.  Debes utilizar a los satélites como centros de tus esferas.  Al traslapar la primera esfera con la segunda obtienes un círculo de puntos posibles de ubicación.  Al intersectar este con una tercera esfera, se obtendrán dos posibles puntos de intersección.   Sin embargo, la Tierra misma puede actuar como una cuarta esfera.  Sabemos que sólo uno de los dos posibles puntos estará realmente sobre la superficie del planeta, así que puedes eliminar el que está en el espacio.  Para mejorar la exactitud y para proporcionar información exacta de la altitud donde te encuentras, es necesario consultar mas satélites.

 

 

Pero, cómo hace el receptor de GPS para saber cuánta distancia hay a cada satélite exactamente?  Para hacer este cálculo el receptor GPS tiene que saber tres cosas:

 

Cada uno de los satélites está transmitiendo constantemente su posición exacta, su identificador específico (único para cada satélite), información de la órbita del satélite, y finalmente, la hora exacta en la cual se envió la transmisión.  El receptor recibe toda esta información, y puede calcular el tiempo que tomó en viajar la información.  Ya que sabe que esta información viaja a la velocidad de la luz (300,000 kilómetros por segundo en el vacío), y sabe cuánto se tardó en recibirla, puede averiguar a cuánta distancia está el satélite que envió la información

Para esto, el satélite comienza a calcular y transmitir un patrón digital pseudo-random a una hora determinada. El receptor comienza a calcular el mismo patrón digital también exactamente a la misma hora. Cuando el GPS recibe la señal del satélite, el patrón digital estará retrasado un lapso de tiempo calculado por el receptor.  Este lapso es el tiempo que tomo a la señal llegar del satélite al receptor.  Si el receptor multiplica este valor por la velocidad de la luz (asumiendo que la señal viajó en línea recta), ésta es la distancia del receptor al satélite.

Para que los cálculos sean precisos, los satélites y los receptores necesitan relojes que se pueden sincronizar al microsegundo. Estos relojes usualmente tienen un costo muy grande, por lo que ponerlos en cada receptor de GPS haría que su precio subiera a más de $20,000.  El sistema de posicionamiento global tiene una solución eficaz a este problema:  Cada satélite tiene dos relojes atómicos de altísima precisión, usualmente de cesio, pero el receptor solamente necesita un reloj ordinario de cuarzo, de menos de $1, que reajusta constantemente con la señal de los satélites.  De esta manera, se logran las ventajas de tener relojes atómicos de alta precisión, pero el receptor no necesita tener uno.  Aún los relojes de cesio dentro de los satélites son reajustados constantemente por las estaciones de control terrestres, para asegurarse que todos tienen exactamente la misma hora, con una precisión de una millonésima de segundo.

 

Finalmente, y para que la información calculada por el receptor GPS tenga sentido, es necesario saber la ubicación precisa de los satélites. Esto no es difícil ya que los satélites viajan en órbitas muy altas y fiables. El receptor GPS almacena simplemente un almanaque que le dice donde debe estar cada satélite a cualquier hora determinada. Algunos factores como la atracción de la luna y el sol cambian las órbitas de los satélites muy levemente, pero las estaciones de control terrestres supervisan constantemente sus posiciones exactas, y transmiten cualquier ajuste que sea necesario a través de los satélites hacia los receptores, para que siempre tengan la información actualizada, y sus cálculos sean lo más exacto posible.