همه‌ی توانایی‌هایی که جی‌پی‌اس دارد به کارایی اصلی او برمی‌گردد، یعنی توانایی محاسبه‌ی طول، عرض و ارتفاع موقعیت رایانه‌ای که پیش شماست و با دقتی که نیازهای شما را پاسخ‌گوست.
در دنیای امروز ما، فناوری با سرعت زیاد در حال پیشرفت است و هر روز لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌های همراه با قابلیت‌های جدید به بازار عرضه می‌شوند. داشتن یک تلفن همراه هوشمند (smart phone) کوچک، زندگی کردن در شهرهای بزرگ را آسان‌تر کرده است. از جمله امکاناتی که امروزه می‌توان در بیشتر تلفن‌های همراه، اتومبیل‌ها و برخی ساعت‌های مچی یافت، «سامانه‌ی موقعیت‌یاب جهانی» یا جی‌پی‌اس است که واژه‌ی جی‌پی‌اس فارسی شده‌ی GPS هست که خود مخفف Global Positioning System است. این سامانه از ۲۴ ماهواره تشکیل شده است که در ۶ مدار به دور زمین می‌گردند و به کاربری که یک گیرنده‌ی کوچک را همراه خود داشته باشد موقعیت مکانی که در آن قرار گرفته است را می‌دهد. این سامانه در ابتدا برای هدف‌های نظامی و در سال ۱۹۷۸ میلادی و با پرتاب اولین ماهواره طراحی و عملیاتی گشت و توسط وزارت دفاع ایالات متحده آمریکا پشتیبانی می‌شود، اما به مرور زمان و کامل شدن سامانه از نظر تعداد ماهواره و محاسبات ریاضی و از سال ۱۹۸۰ به بعد برای استفاده‌های غیرنظامی نیز در دسترس قرار گرفت. سامانه‌های مشابهی نیز در سایر کشورهای دنیا از جمله چین، ژاپن، اتحادیه اروپا، روسیه و هند ساخته شده‌اند.
شما می‌توانید با استفاده از یک رایانه‌ی کوچک که احتمالا روی گوشی‌همراه یا اتومبیلتان وجود دارد کارهای به‌درد بخوری انجام دهید. مثلا این رایانه می‌توان زمان طلوع و غروب خورشید. همچنین زمان طلوع و غروب ماه را در موقعیت شما بگوید. همچنین می‌تواند سرعت نسبی حرکت شما را محاسبه کند و زمان باقی‌مانده برای رسیدن به به مقصد موردنظر را با توجه به این سرعت تخمین بزند. همه‌ی توانایی‌هایی که جی‌پی‌اس دارد به کارایی اصلی او برمی‌گردد، یعنی توانایی محاسبه‌ی طول، عرض و ارتفاع موقعیت رایانه‌ای که پیش شماست و با دقتی که نیازهای شما را پاسخ‌گوست.
این ماهواره‌ها از محاسبات ریاضی ساده‌ای برای پخش اطلاعات استفاده می‌کنند که به‌عنوان طول و عرض و ارتفاع جغرافیایی، توسط رایانه‌های گیرنده در زمین ترجمه شده‌اند. جی‌پی‌اس در تمام شرایط به‌صورت ۲۴ ساعت در شبانه‌روز و در تمام دنیا قابل استفاده است و هیچ گونه بهایی بابت این خدمان اخذ نمی‌شود. ماهواره‌های جی‌پی‌اس هر شبانه‌روز دو بار به دور زمین می‌گردند و سیگنال‌های حاوی اطلاعات را به زمین می‌فرستند. اما این محاسبات چگونه انجام می‌شوند؟
همان گونه که گفته شد بایستی همانند شکل حداقل ۲۴ ماهواره در ۶ مدار مختلف قرار گیرند، که زاویه‌ای که صفحه‌ی گذرنده از هر یک از این مدارها با صفحه‌ی گذرنده از استوا می‌سازند ۵۵ درجه است. موقعیت هر ماهواره در هر زمان مشخص است و ساعت همه‌ی ماهواره‌ها با هم به‌طور دقیق تنظیم شده‌اند. هر ماهواره به‌طور متناوب سیگنالی ارسال می‌کند و رایانه‌ی گیرنده که به یک ساعت و حداقل چهار کانال انتقال داده مجهز است، این سیگنال‌ها را از حداقل چهار ماهواره دریافت می‌کند و مدت زمان انتقال این داده‌ها را (بر اساس ساعت خودش!) اندازه‌گیری می‌کند. از آنجا که ساعت گیرنده لزوما با ساعت ماهواره‌ها تنظیم نشده است، این زمان‌ها ممکن است دقیق و درست نباشند. حال چهار معادله با چهار مجهول داریم: سه مجهول مختصات طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و ارتفاع گیرنده، و یک مجهول نیز تغییر زمان از ساعت ماهواره و آنجه که گیرنده ثبت کرده است. این دستگاه معادلات دو پاسخ خواهد داشت که یکی از آنها موقعیت شما را در روی کره‌ی زمین بیان می‌کند.
برای مشاهده‌ی انیمیشن روی عکس کلیک کنید
البته در عمل قضیه کمی پیچیده‌تر است. زیرا سرعت ماهواره‌ها به‌قدری زیاد است که نمی‌توان از نسبیت چشم پوشید. یعنی زمان در ماهواره‌ها کند‌تر از زمان در زمین می‌گذرد، زیرا سرعت ماهواره‌ها خیلی زیاد است. اما این موضوع هم قابل محاسبه است، (زنگ‌تفریح شماره ۲۶۶ فیزیک را ببیند).
همچنین یکی از دلایل مهم خطا در محاسبات، تخمین سرعت سیگنال‌هاست. در جی-پی-اس-های دیفرانیسل (Differential GPS) با تخمین بهتر سرعت سیگنال موقعیت جغرافیایی با دقت بیشتری محاسبه می‌شود.
خب! مکان جغرافیایی شما آماده است، با کمی فناوری، محاسباتی ساده و اندکی نیز نسبیت خاص.
