全球定位系统

前身

GPS系统的前身为美军研制的子午仪卫星定位系统，1958年研制，1964年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的卫星网工作，每天最多绕过地球13次，但无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制打下基础。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷，美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。为此，美国海军研究实验室提出了名为Tinmation，用12到18颗卫星组成，10000公里高度的全球定位网计划，并于1967年、1969年和1974年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS系统精确定位的基础。而美国空军则提出了621-B：以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道。该计划以伪随机码（PRN）为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1％时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS系统得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用，而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部下辖的卫星导航定位联合计划局（JPO）领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。

计划

最初的GPS计划在联合计划局的领导下诞生了，该方案将24个卫星放置在互成120度的六个轨道上。每个轨道上有4个卫星，地球上任何一点均能观测到6至9个卫星。这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。由于预算紧缩，GPS计划得减少发射卫星，改为将18个卫星分布在互成60度的6个轨道上。然而这一方案不能确保卫星可靠性。1988年又进行了最后一次修改：在互成30度的6条轨道上有21个运作卫星和3个备份卫星。这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。

GPS系统的组成

GPS系统主要由空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分组成。

地面监控部分

地面监控部分主要由1个主控站（Master Control Station，简称MCS）、12个地面天线站（Ground Antenna）和16个监测站（Monitor Station）组成。
主控站位于美国科罗拉多州的谢里佛尔空军基地，是整个地面监控系统的管理中心和技术中心。另外还有一个位于马里兰州盖茨堡的备用主控站，在发生紧急情况时启用。
注入站目前有4个，分别位于南太平洋马绍尔群岛的瓜加林环礁，大西洋上的英国属地阿森松岛，英属印度洋领地的迪戈加西亚岛和位于美国本土科罗拉多州的科罗拉多斯普林斯。注入站的作用是把主控站计算得到的卫星星历、导航电文等信息注入到相应的卫星。
注入站同时也是监测站，另外还有位于夏威夷和卡纳维拉尔角2处监测站，故监测站目前有6个。监测站的主要作用是采集GPS卫星数据和当地的环境数据，然后发送给主控站。

用户设备部分

用户设备主要为GPS接收机，主要作用是从GPS卫星收到信号并利用传来的信息计算用户的三维位置及时间。

定位误差来源与分析

GPS定位在过程中出现的各种误差根据来源可分为三类：与卫星有关的误差、与信号传播有关的误差及与接收机有关的误差。这些误差对GPS定位的影响各不相同，且误差的大小还与卫星的位置、待定点的位置、接收机设备、观测时间、大气环境以及地理环境等因素有关。针对不同的误差有不同的处理方法。
由于不是使用同步卫星，因此卫星相对于地面进行高速移动。所以必须使用相对论进行卫星时间的修正。
SA (Selective Availability) 显示选择码是人为误差的一个例子，此码由美国国防部控制，可以限制非军事用途的精确度。每一个GPS卫星的SA偏差都不相同，定位的位置误差值是卫星SA偏差的综合函数。美国政府于2000年5月1日解除此码后，此误差已自然消除。

差分技术

为了使民用的精确度提升，科学界发展另一种技术，称为差分全球定位系统（Differential GPS），简称DGPS。亦即利用附近的已知参考座标点（由其它测量方法所得），来修正GPS的误差。再把这个即时（real time）误差值加入本身座标运算的考虑，便可获得更精确的值。
GPS分为2D导航和3D导航，在卫星信号不够时无法提供3D导航服务，而且海拔高度精度明显不够，有时达到10倍误差。经纬度方面经改进后误差很小。卫星定位仪在高楼林立的地区捕捉卫星信号要花较长时间。

计时器溢出反转问题

全球定位系统同时会广播一个时钟数据，其中里面有一个表达一周的计数器，为十位二进制值，值域为0~1023，在过了1024周（约19.7年）后，值会溢出反转为0，由于有很多设备（例如：广播公司、移动运营商、或者进行同步支付操作的）利用这个数据作为授时来源，如果没有应对这个现象作特殊处理的话，设备时间会被退回20~40年的时间。第一次反转时为UTC 1999年8月21日至8月22日午夜；第二次反转发生于UTC 2019年4月6日至4月7日晚上， 美国国土安全部，国际民用航空组织和其他机构对此事件作出了警告。

其他定位系统

除了美国的GPS系统外，目前正在运行的全球卫星定位系统还有俄罗斯的GLONASS系统和中国的北斗卫星导航定位系统。
而欧盟于1999年初正式推出“伽利略”计划，部署新一代定位卫星。该方案由27颗运行卫星和3颗预备卫星组成，可以覆盖全球，位置精度达几米，亦可与美国的GPS系统兼容，总投资额为35亿欧元。目前已经发射11颗在轨卫星，于2016年12月15日提供早期服务。
全球卫星导航系统国际委员会为联合国的一个非正式机构。其目的是促进与民用卫星定位、导航、正时和增值服务有关的问题及各种全球卫星导航系统的兼容性和互通性问题的合作和发展。