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。
GPS功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素，这三个要素缺一不可。通过这三个要素，可以提供车辆防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能。
GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成，它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上（每个轨道面4 颗） ,轨道倾角为55°。此外，还有3 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存的导航信息。GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。
通过GPS位置解算可以得到当前的纬度、经度和高度，误差在5m以内（仅使用L1波段），而定时则精确到10ns以内。如果GPS接收器的位置固定，就可以将位置解固定，并采用距离测量来进一步提高时间解的精度。同样，位置固定的接收器只要能看到一颗人造卫星就能够得到时间解。
目前世界使用最多的全球卫星导航定位系统是美国的GPS系统，一共由24颗卫星组成。它采用时间测距定位原理，可对地面车辆、海上船只、飞机、导弹、卫星和飞船等各种移动用户进行全天侯的、实时的高精度三维定位测速和精确授时。
GPS系统同步到其自身的时间标度——GPS时间，由美国海军天文台（USNO）提供。USNO运营着两台主时钟设备来为GPS系统提供准确的时间，其中一台在美国华盛顿特区（USNO），而另一台则在美国科罗拉多温泉（Colorado Springs）县（AMC）。GPS时间也与协调世界时间（UTC）保持同步，后者是国际时间标准。但是与UTC不同的是，UTC使用闰秒来加以修正以补偿地球自转的变化，而GPS时间则是一种连续的时间标度。
GPS时间标度中没有时间跳跃，这一点简化了GPS接收器中连续的时间和位置求解。在1980年，UTC和GPS时间是对准的。但自此之后，UTC就通过增加闰秒来进行周期性的修正，所以GPS时间现在要比UTC时间超前15s。GPS人造卫星的数据广播中包含了UTC修正参数以及对未来的闰秒的预告。
GPS接收器以标准格式输出人造卫星的信息和时间/位置解。NMEA0183或NMEA2000规范对最常见的格式进行了定义。这些规范所定义的语句包括了可见人造卫星、人造卫星信号强度、GPS或UTC时间解和位置解。制造商可能也会定义语句，以便用定制的格式来输出数据或者提供对自家GPS接收器特殊功能的访问。
基于GPS的定时与同步解决方案既可作为一种时间源或时间参考，也可以作为一种简单的时间比对方法。过去，高端机架安装系统通常都基于铷时钟技术，它能够在长达数周时间内与主参考时钟精度维持极其严格的长时间稳定特性，是这个领域的一种标准供应。
不过，目前，得益于元件设计、制造技术的进步和不断变化的规格要求，基于GPS的时间和同步解决方案已经在各类不同技术领域的许多不同应用中变得非常普及。有简单的GPS定时接收器，小批量价格在75美元以内；也有更为复杂的基于GPS的设备，具有极佳的相位噪声和保持特性，价格在每台500美元以下，基于GPS的定时和同步已经可提供给任何应用使用。
这个过程是对GPS接收器的定时要求进行优化而开始的。GPS定时输出信号，或1pps（脉冲/秒），根据实现的不同，其精度通常可达纳秒或毫秒，是对人造卫星所提供GPS时间的一种直接反映。某些GPS定时接收器也能够从PPS中产生出准确的频率输出。
相位
准确的时间是GPS解决方案不可缺少的组成部分。GPS定时接收器可以通过求解位置和时间的三角等式，从而将位置确定到1m以内，将时间确定到纳秒级。通过连续求解GPS等式，就能够在本地（在接收器处）对GPS时间标度进行重建。应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6，100-500KM可达10-7，1000KM可达10-9。在300-1500M工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm。
保持
在接收不到GPS信号的时间段内，接收器会进入保持模式，它将根据最后一次GPS时间和时钟漂移解及本地时钟的稳定性来生成定时输出。通过存储最后一次已知是正确的时间和时钟漂移解，1pps和频率输出的稳定性就只取决于本地振荡器的稳定性。
对于严格的保持要求而言，接收器的温度控制振荡器（TCXO）可以更换为具有所需稳定性的恒温振荡器（OCXO）。一旦从保持模式恢复正常，1pps和频率输出就恢复为GPS的计算解。
高级GPSDO解决方案
随着对规格更为敏感的应用需求在市场上变得越来越重要，更精确、成本更低的基于GPS的定时和频率设备就变得越来越多。在标准GPS定时接收器的基础上，更为复杂的GPSDO增加了锁相环电路和稳定性更高的振荡器，以提高设备的相位和保持性能。
这些设备具有许多不同的尺寸和形状因子，既有带通孔引脚以便在PCB安装的单元，也有已包装好、带有标准接头以便于集成的单元。GPSDO的价格通常在200～1000美元的范围内，取决于其外形和特性。
现在，我们得到了高精度的时间和频率信息，而成本只是此前的一小部分。用户不再必须购买昂贵而复杂的机架安装系统，因为精心设计的带有PPS和频率输出的GPS接收器能更好地满足他们的需求。在选择GPS定时/频率解决方案时，应该参照下面这些简单的准则：
1. 确认你的GPSDO解决方案供应商完全支持设备的GPS接收器部分。如果供应商的解决方案中的GPS接收器部分是从其他公司获得的，那么它就很有可能并不具备为其客户提供正确支持所必需的GPS经验。
2. 确认你的GPSDO解决方案供应商设计并开发了在其设备中所使用的振荡器。同样，如果它没有特定的振荡器经验，可能就无法为客户的技术需求提供直接支持。
3. 确认你的GPSDO供应商在提供这些类型的基于GPS的定时和频率解决方案方面拥有较长的从业历史。将这些设备的元件整合到单个设计中并不是一项简单的事情。复杂的滤波和GPS固件设计是产品中不可缺少的部分。总是有些名不副实的供应商，它们只是抛出自己的解决方案和任何可用的部件，而没有全面理解自己的产品或者将会整合这些产品的应用。
4. 确认你的GPSDO供应商熟悉你的应用的特性。在购买任何GPSDO设备之前，先与供应商讨论一下你的应用。通过简单的技术交谈，你就能够知道供应商是否能够为你的需求提供正确的支持。
5. 确认自己确切地了解应用的定时和/或频率控制的技术需求。你对性能要求表达地越清楚，你就越有机会获得能完美地适用于你的应用的GPS解决方案。公司往往都会对自己的需求提出过高的要求，结果就会购买昂贵的系统，超出了自己的实际需求。
由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。