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火车汽笛的音调，随着驶近远离而发生升高和降低的变化。这种声源在相对运动中频率变化的现象称为多普勒效应。无线电波同样也有多普勒效应。美国霍普金斯大学利用多普勒效应对苏联第一颗人造卫星进行了跟踪试验，科学家发现，当卫星在近地点时信号频率就增加，远地点时信号频率就降低。因为卫星轨道是已知的，所以接收卫星信号的接收机不论处于何方，它的位置都能被测定。这样卫星就起着全天候北极星的指路作用，它可以不分昼夜不受气候影响为人们导航。现在，卫星不仅为船舶、飞机导航，还为海难救援，汽车越野赛提供定点及导航服务。
 1960年4月，美国海军发射的“子午仪”B1卫星是第一颗导航卫星。60年代末，美国又开始研究时间测距卫星导航原理，1973年12月正式实施第二代导航卫星工程，从1978年起开始发射和建设命名为“导航星”的军用导航卫星系统，并于1993年整个系统部署完毕。以此满足陆海空军的高动态的飞机、导弹等的导航定位需要。
美国“导航星”全球定位系统（GPS）可对飞机、舰船进行连续实时导航，定位精度比“子午仪”更高，水平距离和高度精度均为5米。探险队员和勘测队员只背负1000克重的便携式接收终端，就可确定自己所在经纬度和高度。这种新式导航定位系统能快速、连续地提供高精度三维位置、速度和时间的信息，实现近乎实时的导航，一次定位时间只要几秒到几十秒即可完成，完全可以满足高机动用户的使用需求。这个系统还同时向民用开放，只是接收机性能参数有所区别，导航精度略差一点儿（平均为15米）。“导航星”全球定位系统由太空星座、地面台站和用户设备三大部分组成。太空星座构成的21颗卫星均在圆形倾斜中高轨道上运动，约为1.9万千米，倾角55度，运行周期12小时。系统工作原理是时间测距，即：GPS卫星连续不断地播发它们的识别码、位置信息和时间信息，而用户通过接收这些信息测出相互之间的电波时间，再乘以光速，就可得到卫星至用户的距离，然后即可算出用户所在位置座标。卫星使用L波段的1227.6和1575.42兆赫的双频导航信号，连续不停地向全球和近地空间发射，卫星上装有非常精确的原子种，其误差每3万年到30万年1秒。如果用户装有与卫星同步的时钟，就能准确地确定导航信号从卫星到用户的传播时间，再乘以电流波传播速度，就能得到卫星到用户的距离，如同时接收到3颗卫星发射的信号，就可以确定用户的位置座标；如果能同时接收到4颗卫星发射的信号，就能进行精确定位和测速，并能给出精确时间。
（图）美国设计的“导航星”全球定位系统（GPS）最初由6个轨道面上均布的18颗卫星网组成，后来又修订为21颗主用、3颗备用卫星在6个不同平面的轨道上绕地球运行。所以，在地球上的任何一点，都可以同时看到这个系统的6—7颗卫星，用户通过这些信号能准确地确定自身所在的地理经纬度、高度和速度
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