L'acronimo GNSS (Global Navigation Satellite Systems) indica in modo generale i sistemi satellitari di posizionamento. I sistemi GNSS che interessano l'area europea sono attualmente quattro:

GPS (Stati Uniti), GLONASS (Russia), GALILEO (Comunità Europea), e BEIDOU/COMPASS (Cina).

Essi sono basati su tre componenti o segmenti:

- segmento spaziale (costellazione di satelliti);

- segmento di controllo (centri di controllo delle costellazioni satellitari e delle reti GNSS a terra);

- segmento dell'utenza (ricevitori e software a disposizione degli utenti).

I satelliti sono posti su orbite non geostazionarie (periodo orbitale circa 12 ore) ad altezze dalla superficie terrestre dell’ordine dei 20.000 km. La posizione tridimensionale dei satelliti in funzione del tempo viene fornita mediante le effemeridi orbitali, calcolate dai segmenti di controllo dei sistemi e da vari enti di ricerca.

Per poter effettuare un posizionamento GNSS, dal sito di misura deve essere visibile senza ostacoli una adeguata porzione del cielo, al di sopra di 10° - 15° di altezza rispetto all'orizzonte. Non è invece richiesta la intervisibilità tra i diversi punti di misura. Il numero minimo di satelliti per qualsiasi modalità di posizionamento è di quattro: valore oggi ampiamente superato (in zone prive di ostacoli) dato che l’insieme delle costellazioni sopra indicate è in grado di fornire fino a 35-40 satelliti contemporaneamente visibili (dati 2019, Italia centrale).

La maggior parte delle tecniche attuali sono multicostellazione e consentono di utilizzare contemporaneamente anche tutti e quattro i sistemi satellitari, con notevoli vantaggi operativi nelle zone in cui la visibilità del cielo è limitata da ostacoli naturali o artificiali.

I segnali sono trasmessi su varie frequenze radio dai satelliti e vengono acquisiti dai ricevitori; il segnale viaggia quindi solo nel senso satellite → ricevitore.

I segnali GNSS sono piuttosto complessi, specie nelle versioni più recenti, ma la loro struttura è sempre costituita da uno o più codici (sequenze di numeri binari) modulati su un'onda portante sinusoidale. Le osservabili GNSS sono quindi riconducibili a due categorie: codice e fase della portante.  Mediante opportune elaborazioni delle osservabili si perviene a una stima delle distanze satellite-ricevitore e delle coordinate del ricevitore. I risultati più accurati si ottengono con le misure di fase su più frequenze.

Nelle nuove generazioni di satelliti e costellazioni sono stati implementati nuovi segnali e frequenze che consentono notevoli miglioramenti nelle prestazioni ottenibili sia in termini di accuratezza che di rapidità di ottenimento e affidabilità della soluzione.

Le frequenze utilizzate variano per i diversi sistemi GNSS e sono comprese nel range 1100 - 1600 MHz.

Per stimare efficacemente il ritardo subito dai segnali nella ionosfera è necessario disporre di almeno due frequenze. Le versioni più recenti dei satelliti utilizzano tre frequenze, con risultati ancora migliori.

Si intende per posizionamento la determinazione delle coordinate nel datum globale di un punto della superficie terrestre o situato in prossimità di essa.

Più in dettaglio, i posizionamenti effettuabili con i sistemi satellitari GNSS vengono distinti in posizionamento assoluto, relativo e differenziale. (per saperne di più ).

Va osservato che con alcune tecniche non si ottengono coordinate assolute ma differenze di coordinate rispetto ad altri punti (baselines). In tal caso si determinano reti di baselines che vengono collegate ad uno o più vertici di coordinate note, che possono appartenere sia a reti dinamiche (stazioni permanenti) sia statiche (vertici materializzati su manufatti).

E' possibile definire una posizione mediante diversi tipi di coordinate.

Quelle più utilizzate nella geodesia moderna sono le seguenti:

• Coordinate cartesiane geocentriche, riferite a una terna d'assi solidale alla terra e con origine in un centro convenzionalmente definito;
  
  
• Coordinate geografiche ellissoidiche: latitudine, longitudine e altezza ellissoidica riferite a un ellissoide terrestre opportunamente dimensionato e orientato;
  
  
• Coordinate piane cartografiche, definite sul piano di una rappresentazione cartografica associata a un datum.

Le coordinate possono essere espresse in diversi sistemi di riferimento o datum geodetici, tra cui i principali, con riferimento alla situazione italiana, sono i seguenti:

• ITRS: Sistema definito internazionalmente dallo IERS (International Earth Rotation Service) unitamente allo IGS (International GNSS Service). Si tratta di un datum globale, unico per tutta la Terra, con realizzazioni successive (soluzioni di coordinate e velocità) denominate ITRFyy (dove le lettere yy indicano l'anno a cui si riferisce la realizzazione, ad es. ITRF14 del 2014). Le coordinate ITRF variano nel tempo poiché rispecchiano le deformazioni della crosta terrestre, che avvengono con velocità di alcuni centimetri all’anno. Sino a qualche tempo fa questo sistema era destinato esclusivamente ad applicazioni scientifiche; oggi, la disponibilità di reti operanti in continuo e di procedure di trasformazione ben definite permettono di lavorare in questo sistema (con attenzione e cognizione di causa) anche a scopi tecnici.

• ETRS89: Datum europeo nel quale viene considerata la variazione delle coordinate nel tempo in modo analogo ad ITRS, ma vincolando il datum alla piattaforma continentale europea, per cui le variazioni di coordinate nel tempo sono molto più lente che in ITRS, e ai fini pratici le coordinate possono essere considerate costanti per anni. Le realizzazioni più importanti di questo datum sono la ETRF89, che è stata utilizzata per il calcolo della rete geodetica nazionale IGM95 ed è quindi coerente con tale rete ed i suoi raffittimenti (Regioni, Province, Catasto, ...), e la più recente ETRF2000 nella quale è inquadrata la rete dinamica nazionale RDN (sono anche disponibili le coordinate aggiornate per la rete IGM95). Ai fini pratici, le realizzazioni ETRF possono essere considerate coincidenti con il datum WGS84 nel quale opera il sistema GPS. È il datum più utilizzato nelle applicazioni tecniche e cartografiche, in quanto è coerente con la cartografia numerica, i GIS e i DB topografici di più recente produzione, che utilizzano la proiezione cartografica denominata correntemente UTM-WGS84. Il datum ETRS89 nella realizzazione ETRF2000 è l’attuale datum ufficiale dello Stato Italiano e degli Enti pubblici ai sensi del D.P.C.M. 10/11/2011.

• ROMA 40: È il sistema geodetico utilizzato per la cartografia IGM e delle regioni fino a pochi anni fa, con la proiezione cartografica Gauss-Boaga. A differenza dei due datum sopra descritti, le coordinate Roma 40 non possono essere ottenute direttamente da rilievi satellitari ma solo a posteriori mediante procedure di trasformazione, e risultano conseguentemente meno accurate.

Le tecniche satellitari di posizionamento forniscono le altezze ellissoidiche dei punti rilevati. 

Mediante la conoscenza di un modello del geoide, queste vengono  trasformate in quote ortometriche o geoidiche (dette comunemente quote sul livello del mare), congruenti con la rete di livellazione nazionale che definisce il Datum altimetrico nazionale.

Nelle applicazioni ingegneristiche, infrastrutturali e cartografiche si utilizzano le quote ortometriche (che hanno un significato fisico legato al campo gravitazionale terrestre), mentre le altezze ellissoidiche hanno solo un contenuto geometrico e vengono impiegate solo in casi particolari.