Zwar gibt es im Internet einige Seiten, welche Informationen zu GPS bereit stellen. Ich habe mich hier trotz allem bemüht, eine übersichtliche auf dieses Projekt abgestimmte Informationsbasis zu schaffen.

Die Basis des GPS bilden 24 Satelliten, welche sich in einer Höhe von etwa 20.200km befinden. Diese Satelliten senden hochfrequente Radiowellen Richtung Erde aus. Empfängt man diese, kann man mittels Triangulation seine Position im Raum ermitteln.
Im Endeffekt basiert alles darauf, dass eine Laufzeitmessung der empfangenen Signale der verschiedenen Satelliten (welche gerade "sichtbar" sind) durchgeführt wird. Da die Lichtgeschwindigkeit bekannt ist (=Ausbreitungsgeschwindigkeit der Radiowellen), kann mittels der Laufzeit die Distanz zu den einzelnen verfügbaren Satelliten bestimmt werden.
Sind 3 Satelliten verfügbar, so reicht das aus, ob die Position des Empfängers im zweidimensionalen Raum (2D) zu bestimmen, also geografische Breite (latitude) und geografische Länge (longitude). Bei 4 Satelliten kann die Position im dreidimensionalen Raum (3D) bestimmt werden, man erhält also als zusätzliche Größe die Höhe (altitude).
Nun könnte man fragen: Woher weiß der Empfänger, wann das Signal ausgesendet wurde? Die Antwort ist: Die genaue Uhrzeit ist im Signal selbst enthalten. Der Empfänger muss diese mit seiner aktuellen Zeit vergleichen und kann somit aus der Differenz die Laufzeit ermitteln. Nach der einfachen Formel v = c = s/t kann er somit die Distanz zum Satelliten bestimmen.

Ein Maß für die Güte von Satellitenempfängern ist die Anzahl ihrer Kanäle. Typische Werte sind hier 8 und 12. Das von mir verwendete Lassen iQ besitzt 12 Kanäle. Damit kann es parallel die Informationen von 12 verschiedenen Satelliten auswerten. Wie man sich denken kann, können aus Sicht des Anwenders nie genug Satelliten verfügbar sein. Das Empfängermodul verwendet dann einfach die 4 am besten positionierten zur Bestimmung der Position. Die anderen Satelliten dienen dem verifizieren und korrigieren der berechneten Position. Jeder Satellit sendet in regelmäßigen Abständen ein bestimmtes Signalpaket aus, welches unter anderem eine aktuelle Zeit enthält. Alle 30 Sekunden sendet er zudem seine aktuelle Position im Orbit (ephemeris oder ephemeredes). Zusätzlich übermittelt er noch die Positionen aller anderen verfügbaren Satelliten (almanac).

Dass das GPS aus dem Verteidungsministerium der USA stammt, sollte bekannt sein. Um gezielte Angriffe gegen eigene Einrichtungen zu verhindern, wird das Signal deshalb für den öffentlichen (nicht militärischen) Gebrauch mit Absicht verändert. Jeder Satellit sendet zwei verschiedene Signale aus. Auf der einen Seite das PPS (Precise Positioning Service) und auf der anderen Seite das SPS (Standard Positioning Service) für den öffentlichen Gebrauch. Trotz allem sind relativ genaue Positionsbestimmungen möglich.
Eine Möglichkeit zum Erhöhen der Genauigkeit stellt DGPS dar. Das Lassen iQ bringt dieses Feature mit.
Im Kriegsfall behält es sich die US-Regierung vor, SA (Selective Availability) einzusetzen, welches in den betroffenen Gebieten die Streuung der Positionsdaten stark vergrößert. Für alle, die sich fragen, wie genau man denn prinzipiell mit diesem System unter Ausnutzung aller technischen Finessen messen kann: US-Forschungseinrichtungen beobachten mittels GPS Veränderungen am St. Andreas Graben im μm-Bereich. Die Kosten hierfür sind aber sehr hoch, da eine sehr genaue Zeitbasis in Form von Atomuhren und weiterem Equipment zur exakten Berechnung benötigt wird.

Trotz aller technischer Finessen sollte man sich nie allein auf die Technik verlassen. Es sollte immer ein zusätzliches Mittel (Karten, ...) zur Navigation herangezogen werden, um Redundanz zu gewährleisten. So arbeitet auch jedes moderne Navigationssystem.

Cold/Hot/Warm Fix

Für einen GPS Empfänger macht es einen großen Unterschied, ob er bei seinem Start auf bereits empfangene Daten zurückgreifen kann, oder ob er bei Null anfangen muss.

Nach einem Kaltstart weiß der Empfänger weder, welche Satelliten gerade verfügbar sind noch wie spät es gerade ist. All diese Informationen muss er erst beziehen, bevor ein kompletter Datensatz erstellt werden kann. Nach dem Empfang eines Zeitsignals und dem Stellen der internen Uhr beginnt der Empfänger, allen verfügbaren Satelliten zuzuhören. Er wartet, bis er von einem der Satelliten die ephemeris bzw. den almanac empfangen hat. Hat er einen kompletten almanac empfangen, so kann er beginnen, gezielt allen verfügbaren Satelliten zu "lauschen" und auf deren ephemeris zu warten. Hat er diese von mind. 4 Satelliten empfangen, so kann eine erste Positionsbestimmung erfolgen. Das Ganze kann zwischen 3 und 20 Minuten dauern, je nach den äußeren Umständen. Während des "warm-up" sollte der Empfänger unter keinen Umständen bewegt werden, da sich der ganze Vorgang sonst noch weiter verlängern kann.

Von einem Warmstart spricht man, wenn der Empfänger nur für einen kurzen Zeitraum den Kontakt zu den Satelliten verloren hat. Vorraussetzung für ihn ist die Verwendung einer Pufferbatterie, welche den letzten almanac (+ ephemeris) sowie den letzten Datensatz im Empfängerspeicher schützt. Sind die dort gespeicherten Daten noch halbwegs aktuell, so erleichtert dies dem Modul die Arbeit logischerweise wesentlich. Ein solcher Start nimmt nur noch 1-2min in Anspruch.

Ein Heißstart findet statt, wenn der Empfang nur sehr kurz unterbrochen wurde (Tunneldurchfahrt, Bewegung unter Bäumen oder in Häuserschluchten). Da das Modul auf einen aktuellen Almanach zurückgreifen kann, dauert die neue Lokalisierung lediglich wenige Sekunden, selten mehr als fünf.

Nun könnte man denken: Wenn bereits Bäume den Empfang stören, was ist dann bei starker Bewölkung und Regen?
Soviel sei gesagt: Diese Stören den Empfang normalerweise nur unwesentlich. Es müsste schon ein extremes Gewitter über einem sein, um den Empfang auf Null zu reduzieren. Allerdings ist dann die Positionsbestimmung das kleinste Problem des Nutzers :-)

Das soll es soweit an allgemeinen Informationen gewesen sein. Wer es ganz genau wissen will, der wird unter Google ganze Abhandlungen (hauptsächlich englischsprachig) finden.