如果要追溯到GPS系统的前身，我们可以从美军研制的一种子午仪卫星定位系统（Transit）开始说起，该系统于1958年正式开始研制，于1964年正式投入使用。该系统是采用5到6颗卫星组成的星网工作，每天绕过地球的次数最多为13次，甚至无法准确的捕捉到信息，关于定位方面也显得不足。但是，不可否认的是，子午仪系统确实让研发部门对卫星定位的初步经验得到进一步的确认，并由此进行对卫星系统进行定位的可行性进行有效验证，因而，在GPS系统的研制方面埋下了铺垫。
子午仪卫星导航系统的组成
然而，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存在不小的缺陷，因此，美国海陆空三军及民用部门非常急需一种新的导航系统来进行替代。
所以，接下来，美国海军研究实验室（NRL）提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并且在67年、69年和74年等时间段各发射了一颗试验卫星，原子钟计时系统得到初步的试验，可以说这是GPS系统精确定位的基础。然而，美国空军却迫不及待的提出了621-B的以每星群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，其功能的强大，可想而知。当信号密度低于环境噪声的1%时，可以随及将其进行检测出结果。
GPS系统之所以能够取得成功，最重要的一个基础是伪随机码的成功运用。海军的计划主要应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，但是这个系统的复杂度太高，导致同时研制两个系统将会有巨大的费用产生，并且这里两个计划的目的都是为了提供全球定位而设计的，因此，在1973年的时候，美国国防部选择将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局（JPO）领导，甚至还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。这个机构成员比较繁杂，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。
自从人类迈进21世纪以后，全球定位系统（GPS）在各个领域的应用应该一予以重视，并不断的改善和发展。
全球定位系统
在全球地基GPS连续运行站（约200个）的基础上所组成的IGS(International GPS Service），是GPS连续运行站网和综合服务系统的范例。它无偿向全球用户提供GPS各种信息，如GPS精密星历、快速星历、预报星历、IGS站坐标及其运动速率、IGS站所接收的GPS信号的相位和伪距数据、地球自转速率等。这些信息在大地测量和地球动力学方面支持了无数的科学项目，包括电离层、气象、参考框架、精密时间传递、高分辨的推算地球自转速率及其变化、地壳运动等。
GPS空间气象学的开端是GPS在监测电离层方面的应用，在宇宙太空中充满了等离子体、宇宙线粒子、各种波段的电磁辐射，由于太阳常在1秒钟内抛出百万吨量级的带电物，电离层因此遭受到强烈的干扰，这已经成为了空间气象学研究的一个对象。通过测定电离层对GPS讯号的延迟来确定在单位体积内总自由电子含量（TEC），以建立全球的电离层数字模型。
电离层
GPS卫星发射L1和L2。两个载波。由这两个载波可以削弱电离层对GPS定位的影响，或者说可以求定电离层折射。因为这一折射和载波频率有关。
当人们建立地区或全球电离层数字模型时，总是喜欢作一些比较简化的假定，所有自由电子含量都可以一个单层面上来表示，该面离地面高为H。如此一来，电子含量正可以用在接收机和卫星连线与此单层面交点（刺入点）处的电子含量Es表示，它可以视为E与刺入点处天顶距Z"的函数Ecos Z"=Es。可以将在球面上的电子浓度Es加以模型化，例如写成经纬度的球谐函数等，目前有很多专家提出了这方面的各种模型。IGS提出了一种电离层地图的交换格式（10nosphere Map Exchange Format，IONEX—Format），它的作用是使基于各种理论和技术所获得的电离层地图能在统一规格的基础上进行综合和比较。电离层模型有各不相同的理论基础，而取得的数据来源的技术也不同，数据覆盖面也不完整，所以目前只能将IGS和全球各种TEC的图和GPS卫星讯号的差分码偏差（differential code biases—DCBS）用IONEX形式向全世界用户提供，下一步即将通过比较，逐步联合起来。
在GPS应用中，早期主要是轨道误差影响定位精度，而且早期的GPS基线相对来说比较短，高差不大，因此对对流层的研究缺乏一种高度重视的精神，到现今，正是由于GPS轨道精度得到迅速的提高，对流层折射已成为限制GPS定位精度提高的一个重要障碍。假设一个高程基本为零的地区，接收机所接收的GPS讯号从天顶方向传来的话，其延迟可以达到2．2—2．6m这一量级，而2小时内这一延迟变化可达10cm不是少见的（所以IGS分析中心提供的对流层参数是用2小时间隔一次）。也由于这个实际情况，对流层折射要顾及其随机过程的变化来加以模型化。
在GPS应用于对流层研究中，IGS的快速轨道和预报轨道信息对于天气预报会起重大作用。此外，IGS通过德国GFZ的“IGS对流层比较和协调中心”提供的每2小时的对流层天顶延迟系列就象是控制点，对于区域性或局部性的对流层研究来说，可以起到对流层延迟绝对值的标定作用。
与地基GPS大气监测不同，星基或空基GPS掩星法测定气象的技术有覆盖面广，垂直分辨好，数据获取速度快的优点。这一技术的原理是将GPS接收机放在某一低轨卫星（LEO）或飞行器的平台上，该GPS接收机一方面起到对该卫星（或飞行器）精确定轨的作用，同时又应用GPS掩星技术起到大气探测器的作用。在1997年进行的GPS/MET研究项目，证实了这个设想是可行的。预定于2000年4月发射的CHAMP卫星要利用GPS掩星法进行全球对流层折射（包括大气可降水分）的测定。
在今后几年中，还有阿根廷的SAC—C，中国台湾的COS—MIC，这些LEO卫星都要用星载GPS来定轨和利用掩星法测大气。
今后利用星载GPS的气象和电子浓度截面数值，结合地面GPS站数据，作成层折图像提供使用。今后3年中GPS/MET项目研究还要进行6次，预计它将在天气预报、空间天气预报、气象监测方面做出巨大贡献。
多路径效应示意图
多路径效应是GPS定位中的一种噪音，至今仍是高精度GPS定位中一个很不容易解决的“干扰”。过去几年利用大气对GPS信号延迟的噪声发展了GPS大气学，目前也正在利用GPS定位中的多路径效应发展GPS测高技术，即利用空载GPS作为测高仪进行测高。它是通过利用海面或冰面所反射的GPS信号，求定海面或冰面地形，测定波浪形态，洋流速度和方向。通常卫星测高或空载测高测的是一个点，连续测量结果在反向面上是一个截面，而GPS测高则是测量有一定宽度的带，因此可以测定反射表面的起伏（地形）。据报告，试验时在空载平面安装2台GPS接收机，1台天线向上用于对载体的定位，1台天线向下，用于接收GPS在反射面上的讯号。美国在海上作了测定洋流和波浪的试验。丹麦在格凌兰作了测定冰面地形及其变化的试验。
GPS接收机
卫星对卫星的追踪（SST）技术的实质是高分辨率的测定2颗卫星间的距离变化，一般它分为两类，即高低卫星追踪和低低卫星追踪。前一类是高轨卫星（如对地静止卫星，GPS卫星等）追踪低轨（LEO）卫星或空间飞行器，后一类是处于大体为同一低轨道（LEO）上的2颗卫星之间的追踪，2颗卫星间可以相距数百千米，这两类SST技术都将LEO卫星作为地球重力场的传感器，以卫星间单向或双向的微波测距系统测定卫星间的相对速度及其变率。这一速度的不规则变化所反映的信息中，就包含了地球重力场信息。卫星轨道愈低，这一速度变化受重力场的影响愈明显，所反映重力场的分辨率也愈高。
知识卡片：
GPS
GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。在机械领域GPS则有另外一种含义：产品几何技术规范(Geometrical Product Specifications)-简称GPS。另外一种解释为G/s（GB per s）