汎地球測位システム。
1970年代に米国国防総省(DOD: Department Of Defence)により打ち上げられた位置測定用人工衛星を使用し、現在位置を測定するもの。米国が120億ドルの経費を掛けて開発したもので、高度20,200kmの6つの軌道上に24機の衛星が配置されており、常時5個以上の衛星信号が受信できるように配置されている。
これら人工衛星には高精度な原子時計(セシウム原子時計とルビジウム原子時計が各2個)が搭載されており、地上で実際に位置を確認するためには各衛星からの時間信号の電波を受信し、またそれぞれ衛星からの所要時間を求め、その距離の計算を行なうことが必要である。衛星と地上の距離は約20,200kmなので、電波が到達するには約1/15秒かかる。三次元位置を求めるためにはx,y,z(緯度・経度・高度の3座標)とt(時間)を得る必要があり、最低4個の衛星からの情報が必要になる。高度を必要としない二次元位置でよいなら最低3個の衛星からの情報が必要になる。つまり、GPS端末機器と衛星の位置関係の判断手段は、衛星から端末までの信号の到達に要した時間から直線距離を割り出すようになっていて、複数の衛星からの距離を同心円で探っていくと現在位置が出てくる仕組みになっている。
GPS衛星で扱っている日時の扱いは特殊で、単純な年月日ではない。これはGPS Weekと呼ばれ、1980(昭和55)年1月6日 00:00(UTC)を基準の第1週として、日〜土曜の1週間を1単位として管理している。GPS Weekは10ビット相当で管理されており、最大値は1023である。1999(平成11)年8月22日午前0時(日本時間は午前9時)にはGPS Weekが0に戻ってしまい、単純な引き算だけで計算をしているような古い機種では衛星から端末までの正常な所要時間(距離)の算出が出来無くなり、結果として誤動作してしまった。当日の22日は日曜だったが、この問題のために古いGPS利用者からのクレームの電話がメーカーに殺到したと言われている。
GPSの信号はL1バンド(1575.42MHz)とL2バンド(1227.60MHz)の二つの波長を搬送波として使用している。L1バンドはPコード(Precision code)とC/Aコード(Coarse/Acquisition code)と呼ばれる二種類のコードが、またL2バンドにはPコードみのが含まれている。Pコードが両方のバンドに含まれているのは、同時に2波を受信して、電離層等での誤差をなくすためである。Pコードは符号化された航法信号がクロックレート10.2Mbpsのスペクトラム拡散方式で変調されており、C/Aコードもクロックレート1.023Mbpsで同様の変調が掛かっている。
GPSは本来は軍事用衛星であるため、利用には制限が存在する。GPSから送信される信号には、もともと他国が軍事目的のために利用できないようにするため、SA(selective availability)という方法で故意に誤差が混ぜられていた。これは米国時間で2000(平成12)年5月1日に突然解除されたが、それ以前では保証される精度は2drms(root-mean-square: 放射状測位誤差の自乗平均)で100m程度といわれていて、軍事用の1/10程度の精度となっていた。更に高精度の測位が要求される場合にはDGPS(Differential GPS)やKGPS(Kinematic GPS)等の技術が必要だった。これらの技術は信号を直接用いるのではなく、搬送波の位相を計測する事により高精度の測位を行なっている。
このGPSには根本的な問題がある。GPS用衛星にも寿命(約7.5年)があり、寿命が尽きたものに関しては新衛星を打ち上げねばならないが、この費用は現在全てアメリカが負担している。GPSを全世界的に利用するには、まずこれらの課題を解決しなければならない。