GPS是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资300亿美元，经过方案论证与初步设计、全面研制和试验与实用组网阶段，于1989年开始发射正式工作卫星，1994年全面建成。

方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。

全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。

实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，之后根据计划更换失效的卫星。

GPS是具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代导航与定位系统，满足军事和民用部门对连续实时和三维导航定位信息的迫切需求，它从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题。GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，已从地球表面应用扩展到航空测量和航天遥感中，在全球定位和导航服务领域具有极其重要的地位。

GPS是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性导航、定位和定时的功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、运动速度和时间。

作为一种全新的现代定位方法，GPS已逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和电子仪器。20世纪80年代以来，特别是90年代以来，GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合，使空间定位技术发生了革命性的变化。用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态扩展到动态，从单点定位扩展到局部与广域差分，从事后处理扩展到实时/准实时定位与导航，绝对和相对精度扩展到米级、厘米级乃至亚毫米级。GPS用户设备具有抗干扰能力强、小巧轻便、廉价、能耗低等一系列优点，因此大大拓宽了GPS的应用范围和增强了其在交通运输、资源调查、环境监测、灾害预报、精准农业等各领域的作用，GPS正在逐步深入人们的日常生活。从一定意义上说，GPS的应用前景仅受人们想象力的限制。

GPS由三个独立的部分组成，包括空间部分、地面控制系统和用户设备部分，如图15-5所示。

GPS的空间部分由24（21+3）颗高度约20200 km的卫星组成的卫星星座，其中21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星，均匀分布在6个倾角为55°的轨道上，卫星的运行周期约为12恒星时。每个轨道面上有4颗卫星，卫星轨道为圆形，可以保证全球任何地区、任何时刻有不少于四颗卫星以供观测。图15-6为GPS卫星轨道分布示意图。

地面控制部分根据作用的不同，跟踪站分为主控站、监控站和注入站。主控站有1个，位于美国科罗拉多的空军基地，它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历（描述卫星运动及其轨道的参数）和卫星钟的改正参数等，同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星替代失效的工作卫星工作，主控站也具有监控站功能。监控站有5个，分设在夏威夷、科罗拉多的斯普林斯（与主控站共置）、大西洋的阿松森群岛、印度洋的迭戈加西亚、太平洋马绍尔群岛的卡瓦加兰，如图15-7所示。监测站是无人值班的数据采集中心，接收卫星信号，监测卫星的工作状态，定时将数据送往主控站。3个注入站是地面控制站，也称地面天线，分别位于阿松森群岛、迭戈加西亚和卡瓦加兰，与监测站共置，作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟差等注入到卫星中去，目前对每颗卫星每天注入1～2次。如果某一地面站发生故障，各卫星中存储的导航信息还可使用一段时间，但定位精度会逐渐降低。