全球衛星導航系統主要由衛星星座、地面監控系統及用戶設備三大獨立部分組成，本節從這三個部分逐一介紹目前比較完善的 GPS、GLONASS Galileo 和 BDS四大衛星導航系統。GPS 系統是世界上使用率最高、發展最成熟的全球衛星導航定位系統。
1. 衛星星座
目前，GPS系統在軌服務衛星40顆，其中：GPS-IIA衛星8顆、GPS-IIR衛星12顆、GPS-IIRM衛星8顆、GPS-IIF衛星12顆。GPS-IIA爲1990年11開始發射的GPS第二代衛星，設計壽命7.5年，GPS-IIR和 GPS-IIRM爲1997年7月開始發射的第三代衛星，設計壽命10年，GPS-IIF爲性能最好第四代衛星，2010年5月首發，設計壽命延長至12年。
2.地面監控
GPS的地面監控系統主要由分佈在全球的五個地面站組成，按功能分爲主控站、注入站和監測站三種。主控站一個，設在美國本土的科羅拉多空間中心，負責協調和管理所有地面監控系統。主控站根據所有地面監測站的觀測資料推算編制各衛星的星曆、衛星鐘差和大氣層修正參數等，並把這些數據及導航電文傳送到注入站，同時提供全球定位系統的時間基準，調整衛星狀態和啓用備用衛星，同時還具有監測站功能。注入站現有三個，分別設在印度洋的迪戈加西亞島、南太平洋的誇賈林環礁和南大西洋的阿鬆森羣島。其主要任務是將來自主控站的衛星星曆、鐘差、導航電文和其他控制指令注入相應衛星的存儲系統，並監測注入信息的正確性，亦具有監測站功能。監測站現有六個（含上述四個地面站，另外兩個設在夏威夷和卡納維拉爾角）。監測站實時觀測和接收所有GPS衛星發出的信號及當地氣象資料，並監測衛星的工作狀況，把初步處理後的結果傳送到主控站。
3.用戶設備
用戶接收部分的基本設備就是GPS信號接收機，其作用是接收、跟蹤、變換和測量GPS衛星所發射的GPS信號，以達到導航和定位的目的。接收機主要由接收 機硬件、數據處理軟件、微處理機和終端設備組成，其中接收機硬件一般包括天線、主機和電源。接收機天線接收所有GPS衛星信號後，主機從這些衛星信號中得到衛星軌道參數，準確算出衛星的空間位置，並根據 GPS 定位原理（第8章）得到用戶在某一空間座標系的絕對位置。
4.GPS現代化
20 世紀90年代末，爲了提高GPS對美軍現代化戰爭的有力支撐，並使其在全球民用導航領域中處於領導地位，美國政府提出了 GPS的現代化計劃。時任美國總統克林頓宣佈2000年5月2日起美國停止了對GPS.衛星實施選擇可用性政 策，標誌着美國 GPS現代化正式開始。GPS現代化主要從調整衛星星座、調整衛星信號、改進地面控制部分這幾個方面實施。
（1)調整衛星星座
美國五角大樓計劃購買和發射32顆Block-皿衛星，將已有的衛星系統進行全面升級。GPS-皿衛星包括3個型號，分別爲GPS-IIA、GPS-IIB和GPS-IIC,GPS-的P碼功率比現有功率提高20~30倍，頻率由L波段上升到S、C波段，設立專門的軍用M碼，用銫原子鐘代替銣原子鐘，以提高定時精度，授時精度將達到1 ns.GPS-皿計劃提高空間導航信號的可靠性和安全性，一旦衛星出現故障或信號超差，報警時間由30min縮短爲1min.
2010年，第一顆搭載L5載波發射機的 GPS-IIF型衛星發射成功。2012年8月24日，搭載第四個民用信號LIC的GPS-皿系列衛星發射成功。目前已有GPS-IIF型在軌衛星共計6顆，並計劃發射GPS-IIA衛星8顆，以及更爲先進的GPS-IIB衛星16顆、GPS-IIC衛星8~16顆。最先進的 GPS-皿C的衛星信號採用點波束，改善了衛星之間的通信鏈路，並採用可控制的高功率點波束照射地球的某一區域，使該區域 GPS 接收機的信號功率大大增加，從而實現對未來導航戰的支持。
（2)調整衛星信號
衛星信號調整措施主要有：分離軍民用戶僞噪聲所佔頻帶；增強軍用僞噪聲碼的發射功率；增加新的GPS信號。GPS 現代化改進增加了三種民用信號：第二個民用測距碼 L2C;第三個民用載波L5;第四個民用測距碼LIC.傳統的民用L1C/A碼將來還會繼續廣播發射，最終形成四種民用 GPS 信號共存的格局。
L2C是爲滿足商業用戶及大衆用戶在複雜環境下高精度定位導航的需求而設計的。L2C目前由在軌使用的12顆 GPS-IIR(M)和 GPS-IIF衛星播發。L2C可以有效提高用戶接收機的抗干擾能力，其信號採用前向糾錯和時分複用技術，具有更低的載波跟蹤門限和數據解調門限，使得 L2C 能夠實現在室內、樹蔭遮蔽等微弱信號條件下的捕獲。雙頻GPS用戶可以利用L1C/A信號和L2C 信號校正電離層傳輸延時來消除電離層誤差和快速解算整週模糊度。另外由於採用更爲緊湊的導航電文幀格式及有數據通道和無數據通道的分離，使得L2C信號比傳統的L1C/A碼信號具有更多的優勢。
L5是爲滿足生命安全類及其他高精度應用的需求而設計的，設計頻率1176.45 MHz.2009年，美國成功在 GPS-IIR-20(M)衛星上播發實驗L5載波信號。2010年第一顆搭載L5載波發射機的 GPS-IIF型衛星發射成功。L5信號的結構進行了很大的改進，用戶不需要依賴 L1 或 L2 民用信號便能實現對 L5信號進行截獲與跟蹤。利用三個不同頻率的載波（L1、L2、L5)進行兩兩組合，基本消除電離層誤差影響。
LIC 旨在增強 GPS 和其他衛星導航系統的互操作性。美國政府計劃在 2018年發射的 GPS-IA 型衛星上播發此信號。其他衛星導航商採用L1C作爲未來國際互操作性標準，日本的準天頂衛星系（OZSS)、印度的區域衛星導航系統（IRNSS)和中國的北斗系統計劃播放L1C.
（3)改進地面控制部分
GPS 地面控制部分現代化主要有三個部分：精度改進計劃（L-ALL);體系進化計劃（AEP);新一代運行控制系統（OCX).
2008年完成L-ALL 階段，把監測點在從6個擴大到16個，可以獲取三倍於原來的衛星軌道數據，從而將GPS廣播星曆精度提高10%~15%.
AEP 內容包括：用現代信息技術取代原有的基於原始主機的主控站技術，大幅度提高 GPS控制的靈活性和靈敏度，增強對現代化改進的GPS衛星的運行控制能力；GPS主控站改造、新建GPS備用主控站，加強抗干擾、抗欺騙能力，並將原屬美國國家地理空間情報局（National Geospatial-Intelligence Agency,NGA)的10個GPS監測站納入到GPS地面控制段的體系中；利用美國空軍衛星控制網（Air Force Satellite Control Network,AFSCN)的8副地面天線對 GPS系統原有的8副地面天線進行補充，增強上行注入能力。該計劃已經於2007年開始實施。
OCX 內容包括：增加GPS 地面控制部分許多新的功能，其中包括對現代化民用信號（L2C、L5、L1C)完全的控制能力；增加對 GPS-皿衛星的管理與控制能力，例如靈活的信號功率配置、星對星和星對地鏈路及點波束能力等。OCX第一階段將實現對L2C和L5 信號的監測，到第二階段完成時，GPS系統地面控制部分將具備管理32顆衛星組成的GPS星座的能力。
