在地球上的几乎任何地方，总有一线光亮能抵达全球三十?颗 GPS 卫星中的至少四颗。手机里的 GPS 系统，会搜寻信号最好的四颗 GPS 卫星。根据信号从每颗卫星发出和抵达手机的时间，接收机就能计算出手机所在的经度和纬度。与此同时，还能拿到精准的时间。
GPS 最早由美国军方系统开发，主要目的是提高轰炸的精度，并且让轰炸机驾驶员更安全地执行任务。今天，它已经成为人们生活中不可或缺的东西：有三十亿个手机 App 需要依靠 GPS 的相关位置信息。据估计，到 2022 年这个数字将达到七十亿。
2011 年的估算是，全球 GPS 相关市场的产值是九十一亿美元，2016 年应该是二百七十亿了。各种平台的 GPS 接收器据估计在五十亿个左右。GPS 被人们忽视的一点是，它是让大家保持时间同步的最重要工具。它还有其他鲜为人知的功能：预测天气、探测大地、地震警告、冰山融化警告…
全球的类 GPS 系统都在国家控制之中。除了美国的 GPS，只有俄罗斯的 GLONASSA 是像 GPS 那样全覆盖的。欧盟的伽利略系统到 2011 年才开始发射第一颗卫星，至少还需要十年才能全面部署。中国的北斗系统也将差不多同期完成全面部署。日本和印度也有类似计划准备上马。
很多 GPS 接收器现在已经用 GLONASS当辅助信号，但最被广泛信任的依然是 GPS。它直属美国国防部管辖，并且要听取交通部等部门意见，日常运作则归属于美国空军。全球的十六个观测站，则属于五角大楼的军情系统。维持 GPS 系统运营的成本，一年超过十亿美元。
1957 年 10 月 4 日，苏联发射了斯普特尼克 1 号（Sputnik1）卫星，引发美国恐慌，这直接导致 NASA 在 1958 年成立。当时美国的卫星计划叫“先锋”（Vanguard），但该卫星计划在 1957 年 12 月 6 日发射时，却遭遇了可耻的失败----不巧的是，次日又正好是珍珠港事件十六周年，媒体更加恐慌。
那次发射失败有多可耻呢？?了一下维基词条：TV-3 火箭只飞起来一点二米，然后就炸了。相关发言人为增加正能量而说的“虽然飞行距离不远，但它还是飞起来了”，成为媒体的笑柄。火箭携载的卫星掉到了附近的小树丛里，悲伤的是它居然开始发射起信号。次日，所有和航天相关的公司股票都大跌，“先锋”卫星的主承包商、著名军火商马丁公司直接跌停板。
卫星导航系统的诞生，与斯普特尼克卫星直接相关。斯普特尼克是周五发射上天的，到周一，约输·霍普金斯大学应用物理实验室两个年轻的工程师吉耶尔（William Guier）和维芬巴赫（George Weiffenbach）发现，居然没有人去试图接收苏联斯普特尼克卫星的信号。
吉耶尔是研究电脑科学的（那时候，电脑在全世界都还是个稀罕物），他当时刚刚在原子能机构的超级计算机上完成了一个氢弹爆炸模拟。维芬巴赫则正在写微波光谱学的博士论文。周一下午，他们就用自制的接收机收到了斯普特尼克的信号。
卫星传来的信号频率是随着距离的变化而增高或降低的----这就是多普勒效应（经历过马航事件报道的，对这一效应一定记忆犹新）。由于多普勒效应是均衡、稳定、可预测的，俩人想到：可以利用这个来确定卫星在天上的位置。到 10 月底斯普特尼克的电池耗尽之前，他们已经可以准确预测它的轨迹。转年，实验室研究中心领导人麦克卢尔（Frank Mcclure）把他俩叫到办公室，问了他们一个有趣的问题：既然你们已经证明静止的观测者利用多普勒效应能够确定太空运动物体的位置，那么反过来是否成立？我们能否利用卫星来判定观测者在地上的准确位置？
吉耶尔和维芬巴赫完全没有这样想过----他们实际上误打误撞发明了世界上第一个卫星导航系统。麦克卢尔知道海军其实一直在寻找有效的定位方式，帮助定位北极星核潜艇。当时采用的是 LORAN (L ong-range Radio Navigation, JU 程无线电导航）系统，但这个需要陆基发射器。更重要的是，这种信号容易受到干扰和物理袭击，而一个在太空中的定位系统显然更为安全。而且卫星导航是被动式的，它只需接收信号；而无须主动发射信号。
次日，麦克卢尔给霍普金斯大学应用物理实验室总监发去备忘录。总监随后告知海军军械部部长：我们有信心研制出一个精确度在半海里之类的导航系统。三周之内，这个本是两个年轻工程师的无聊极客项目，已经初具世界上第一个卫星导航系统的雏形。
系统很快被定名为 Transit（子午仪卫星导航系统），初始预算一百万美元。在美国大陆和夏威夷的接收站接收来自子午仪卫星的信号，然后通过陆地线路统一传送到南加州的运算中心，判定每个卫星的位置，再发回卫星，卫星据此向每个拥有子午仪导航系统接收器的人广播信号，并根据多普勒效应计算位置。
1964 年，子午仪系统已全面部署。三年后，美国副总统休伯特·汉弗菜宣布子午仪系统对民用开放。第一批非军方使用者是海洋考察船，很快就有八万个子午仪接收器启用。1996 年，子午仪系统正式退出军方现役（完全民用），它的一个前工作人员赞扬它是“航海天文钟以来导航系统迈出的最大一步”。
但根据多普勒效应测定方位有一个问题：必须保持一定时间的静止。这对于海洋船只来说不是太大的问题，但对于战机就不行了。当你在移动时，就没法区分是你的移动还是卫星的移动，你的移速越快，带来的问题越大，测定越不精准。
1920 年代就有人想过原子钟的概念，二十年后最早的原型机才出现。在那之前，人们用太阳时或历书时，但两种方法都不够稳定，所以绝对精准的计时就非常困难。而当可携带的原子钟商业上变得可行之后，用时间来进行被动测距（passive meng）也就变得可行了
利用时间来测定方位的原理是这样的：假设两个人都有一个精准的钟，而且都已校正，从甲到乙设立一个光速传导的视频连接，如果两个钟的数值存在细微的差异，而光速又是恒定的值，这样就能根据差异计算出两地的距离，进而确定方位。
根据这个原理，美国海军发展出 Timation (Time+Navigation) 系统，通过广播准确的时间来导航。美国空军则发展出621B 系统。这两者结合起来，就是我们今天在用的GPS系统。