空間星座部分
GPS衛星星座設計由24顆衛星組成。24顆衛星均勻分布在6個軌道平面上，即每個軌道面上有4顆衛星。衛星軌道面相對于地球赤道面的軌道傾角為55°，各軌道平面的升交點的赤經相差60°，一個軌道平面上的衛星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛星升交角距超前30°。24顆GPS衛星在離地面2萬200千米的高空上，以12小時的周期環繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛星。
GPS衛星連續發送GPS信號，供GPS接收機接收。GPS衛星發射的信號主要分為載波（Carrier wave）、測距碼（Ranging Code）和導航電文（Navigation Messages ）三部分，其中測距碼和導航電文調制到高頻載波上后，通過衛星天線將調制后的載波輻射出來。
● 測距碼
測距碼有兩種，都屬于偽隨機噪聲碼（Pseudo Random Noise，簡稱 PRN）：C/A 碼（Coarse/Acquisition Code）和P碼（Precise Code）。C/A碼（Coarse/Acquisition Code）是用于進行粗略測距和捕獲P碼的粗碼，相應的碼元寬度為293.05米，使用C/A碼來定位得到的定位精度約為碼元寬度的1%，即一般為±（2~3）米。P碼是精確測定從GPS衛星到用戶接收機距離的測距碼，也稱精碼，相應碼元寬度為29.3米。P碼測距精度為0.3米。

● 導航電文
導航電文包括系統時間、時鐘校正值、自身精確的軌道數據（即星歷）、其他衛星的近似軌道信息、電離層模型參數和世界協調時（UTC）數據等系統狀態信息。導航電文用于計算衛星當前的位置和信號傳輸的時間，從而使GPS接收機在接收導航電文后能確定自身的位置。導航電文是具有一定格式的二進制碼，以“幀”為單位向用戶發送。每幀電文含有1500bit，傳輸速率為50bit/s。每個主幀包含5個子幀：
※ 子幀1包含有衛星鐘改正數、GPS周數（Week Number）和衛星工作狀態信息
※ 子幀2和子幀3主要向用戶提供有關計算衛星在軌位置的信息，包括廣播星歷參數和數據齡期（Age of Data Offset，簡稱AODO）
※ 子幀4和子幀5提供了衛星導航、星座歷書等信息。GPS衛星導航電文結構如下圖所示：

（圖片來自http://www.beidou.gov.cn/zy/kpyd/201710/t20171011_4597.html）
● 載波
GPS衛星所用的兩個載波均位于微波的L波段，分別稱為L1載波和L2載波。
兩個相關的載波信號：

采用L波段的高頻率載波可以較為精確的測定多普勒頻移和載波相位，提高測速和定位精度。使用兩個頻率還可以測定電離層延遲。

地面監控部分
地面監控部分主要由1個主控站（Master Control Station，簡稱MCS）、12個地面天線站（Ground Antenna）和16個監測站（Monitor Station）組成。
主控站位于美國科羅拉多州的謝里佛爾空軍基地，是整個地面監控系統的管理中心和技術中心。

注入站目前有4個，注入站的作用是把主控站計算得到的衛星星歷、導航電文等信息注入到相應的衛星。每顆GPS衛星上的計算機和導航信息發生器非常精確地了解其軌道位置和系統時間，而全球監測站網保持連續跟蹤衛星的軌道位置和系統時間。位于科羅拉多州施里弗（Schriever）空軍基地內的主控站與其運控段一起，至少每天一次對每顆GPS衛星注入校正數據。注入數據包括：星座中每顆衛星的軌道位置測定和星上時鐘的校正。這些校正數據是在復雜模型的基礎上算出的，可在幾個星期內保持有效。

注入站同時也是監測站，另外還有位于夏威夷和卡納維拉爾角2處監測站，故監測站目前有6個。監測站的主要作用是采集GPS衛星數據和當地的環境數據，然后發送給主控站。

用戶設備部分
用戶設備主要為GPS接收機，主要作用是接收GPS衛星發出的信號，進行去噪、放大、解調等處理后，根據測距碼和導航電文計算用戶的三維位置及時間。