全球衛星定位系統（Global Positioning System，簡稱GPS）是美軍從上世紀70年代開始研製，歷時20年，耗資200億美元，於1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統，GPS以全天候、全球性、全能性（陸地、海洋、航空與航太）、自動化、高精度的導航定位、定時、測速系統等顯著特點，並成功地應用於大地測量、工程測量、航空、運載工具導航和監控、地球動力學等多種學科。
全球定位系統是美國第二代衛星導航系統，是在子午儀衛星導航系統的基礎上發展起來的，它採納了子午儀系統的成功經驗，和子午儀系統一樣，全球定位系統由空間部分、地面監控部分和用戶接收機三大部分組成。<
（一）空間衛星系統
空間衛星系統由均勻分佈在6個軌道平面上的24顆高高度約2.02萬千米的衛星構成，各軌道平面相對於赤道平面的傾角為55°，軌道平面間距60°衛星均為近圓形軌道，運行週期約為11小時58分。在每一軌道平面內，各衛星升交角距差90°，任一軌道上的衛星比西邊相鄰軌道上的相應衛星超前30°。事實上，空間衛星系統的衛星數量要超過24顆，以便及時更換老化或損壞的衛星，保障系統正常工作。該衛星系統能夠保證在地球的任一地點向使用者提供4顆以上可視衛星。
空間系統的每顆衛星每12小時（恒星時）沿近圓形軌道繞地球一週，由星載高精度原子鐘（基頻F=10.23MHZ）控制無線電發射機在“低噪音窗口”（無線電窗口中，2至8區間的頻區天線噪聲最低的一段是空間遙測及射電干涉測量優先選用頻段）附近發射L1、L2兩種載波，向全球的用戶接收系統連續地播發GPS導航信號。GPS工作衛星組網保障全球任一時刻、任一地點都可對4顆以上的衛星進行觀測（最多可達11顆），實現連續、實時地導航和定位。
GPS衛星向廣大用戶發送的導航電文是一種不歸零的二進位數據碼D（t），碼率fd=50HZ。為了節省衛星的電能、增強GPS信號的抗干擾性、保密性，實現遙遠的衛星通訊，GPS衛星採用偽噪聲碼對D碼作二級調製，即先將D碼調製成偽噪聲碼（P碼和C/A碼），再將上述兩噪聲碼調製在L1、L2兩載波上，形成向用戶發射的GPS射電信號。因此，GPS信號包括兩種載波（L1、L2）和兩種偽噪聲碼（P碼、C/A碼）。這四種GPS信號的頻率皆源於10.23MHZ（星載原子鐘的基頻）的基準頻率。基準頻率與各信號頻率之間存在一定的比例。其中，P碼為精確碼，美國為了自身的利益，只供美國軍方、政府機關以及得到美國政府批准的民用用戶使用，C/A碼為粗碼，其定位和時間精度均低於P碼，目前，全世界的民用客戶均可不受限制地免費使用。
（二）地面監控系統
地面監控系統由均勻分佈在美國本土和三大洋的美軍基地上的5個監測站、一個主控站和三個注入站構成。該系統的功能是：對空間衛星系統進行監測、控制，並向每顆衛星注入更新的導航電文。
地面監控系統各站的主要任務是：
(1) 監測站
用GPS接收系統測量每顆衛星的偽距和距離差，採集氣象數據，並將觀測數據傳送給主控點。5個監控站均為無人守值的數據採集中心。
(2) 主控站
主控站接收各監測站的GPS衛星觀測數據、衛星工作狀態數據、各監測站和注入站自身的工作狀態數據。根據上述各類數據，完成以下幾項工作：
·及時編算每顆衛星的導航電文並傳送給注入站。
·控制和協調監測站間、注入站間的工作，檢驗注入衛星的導航電文是否正確以及衛星是否將導航電文發給了GPS用戶系統。
·診斷衛星工作狀態，改變偏離軌道的衛星位置及姿態，調整備用衛星取代失效衛星。
(3) 注入站
接受主控站送達的各衛星導航電文並將之注入飛越其上空的每顆衛星。
（三）用戶接收系統
用戶接收系統主要由以無線電傳感和電腦技術支撐的GPS衛星接收機和GPS數據處理軟體構成。
(1) GPS接收機
GPS衛星接收機的基本結構是天線單元和接收單元兩部分。天線單元的主要作用是：當GPS衛星從地平線上升起時，能捕獲、跟蹤衛星，接收放大GPS信號。接收單元的主要作用是：記錄GPS信號並對信號進行解調和濾波處理，還原出GPS衛星發送的導航電文，解求信號在站星間的傳播時間和載波相位差，實時地獲得導航定位數據或採用測後處理的方式，獲得定位、測速、定時等數據。
微處理器是GPS接收機的核心，承擔整個系統的管理、控制和實時數據處理。視屏監控器是接收機與操作者進行人機交流的部件。
(2) GPS數據處理軟體
GPS數據處理軟體是GPS用戶系統的重要部分，其主要功能是對GPS接收機獲取的衛星測量記錄數據進行“粗加工”、“預處理”，並對處理結果進行平差計算、坐標轉換及分析綜合處理。解得測站的三維坐標，測體的坐標、運動速度、方向及精確時刻。
(3) GPS定位技術
GPS定位技術是正在發展中的高新技術，數據處理技術也處在不斷更新之中，各系列GPS接收機製造廠家研製的處理軟體也各具特色。
GPS定位採用空間被動式測量原理，即在測站上安置GPS用戶接收系統，以各種可能的方式接收GPS衛星系統發送的各類信號，由電腦求解站星關係和測站的三維坐標。
由對GPS信號觀測量的不同，GPS定位的基本方法有以下幾種形式：偽距測量、載波相位測量、多普勒測量和衛星射電干涉測量。為了精密定位，一台GPS接收機往往不是單純採用一種測量方式，而是以某種方式為主，並輔以其他方法。
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