導航系統的歷史已經十分悠久，例如黃帝時代的指南車也可視為導航系統的一種；不過，事實上指南車只能指出方向，無法得知現在所在的位置。大概在十五、十六世紀左右，導航主要還是指船舶在海上航行的方向與位置導引，導航的方式係以天文導航 (celestial navigation) 為主，亦即觀測天上的恆星，以判斷載具前進的方向。這可以從導航這個字的字根 (navi) 看出來，在拉丁文中，"navis"是船舶的意思。既然是觀測天上的星星，這個時期的導航系統就是一些利於觀星的裝置，例如：Astrolabe, Sextant。
一直到20世紀初，無線電傳輸的技術成熟，導航系統才有突破性的進展；同時，由於飛機的發明，導航的方式也有重大的改變。這時期的導航設備，大多是所謂的無線電導航系統 (Radio Navigation System)。這裡我們可以先來談一談怎麼利用無線電系統來定出自己的位置，其實原理說穿了一點也不困難，簡單的說就是利用距離以及方向的資訊。無線電導航系統通常需要有參考站，設置在已知的位置上，亦即參考站的三度空間座標是已知的，該參考站持續發射一個經過特殊方式調變過的無線電信號。而在載具上 (例如飛機或者船舶) 則需要裝設無線電信號的接收裝置，這個導航設備在接收到參考站發射的無線電信號之後，由於該信號的特殊調變方式，使用者可據以計算載具與參考站之間的距離以及相對的方位。由於參考站的座標為已知，因此可以推算出載具的三度空間座標。這種定位方式稱為距離-方位定位法 (rho-theta positioning；另外幾種常見的方式稱為rho-rho positioning、theta-theta positioning以及hyperbolic positioning，將在稍後介紹)。無線電導航系統的種類非常多，例如VOR/DME、Omega、Loran-C、ILS、MLS等。我想這些名稱可能有些人一輩子也沒聽過，或許只有民航局官員、飛機駕駛員還有船長等專門的人員才會接觸到這些東西。這很正常，因為這些導航系統是給飛機以及船舶使用的，一般普羅大眾根本不需要用到這些東西。大概在10年以前，應該還沒有人會預見導航系統竟然會成為隨處可見的日常民生用品，這都要感謝GPS的發明！
在GPS (Global Positioning System，全球定位系統) 發明之前，導航一直都不是一門大眾科學，甚至在GPS發明之後的十年內，多數人還是認為：開車幹嘛用導航系統，手機裝GPS做甚麼，又不能吃。傳統的無線電導航設備價格都非常昂貴，而且體積龐大，當然不可能變成日常的消費電子產品。早期的GPS接收機體積也很大，同樣不適合於隨身攜帶。隨著半導體製程的技術越來越進步，GPS接收機的體積也越做越小，現在的技術已經可以做成單一顆IC，可以輕易的裝在手機裡面，而且價格也很便宜，現在來看，GPS接收機已經是一種消費性電子產品了。不過，我認為GPS只所以現在變得這麼普遍，有一個重要的原因應該是因為GPS所提供的服務是免費的。前面所提到的那些無線電導航設備 (VOR/DME, ILS等)，航空公司的飛機在巡航時，接收到這些參考站的信號進行定位，需要付錢給各國的民航官方單位 (因為這些參考站通常是由各個國家自行建置，由官方的機構，通常就是民航局來管理，提供導航服務，這些服務是要收費的)，收費多半非常的高昂 (航空公司應該也不在意收費多高吧，反正都會轉嫁給消費者)。GPS也可以看成是一種參考站，只不過這個參考站是架設在太空中的衛星，由衛星發射無線電信號，提供定位服務。GPS是美國國防部的財產，美國同意免費提供GPS信號給全世界使用，我認為這也是GPS迅速成為最普遍的導航設備的一個重要原因。不過，相對於傳統的無線電導航系統，GPS還是佔有許多優勢，才有辦法迅速的取代舊式的導航系統。
圖1. 利用多邊定位的方法，計算Wing Gundam的位置
GPS導航的方式係採用rho-rho positioning，也就是距離修正的定位方式 (如圖1)。若參考站A與B之位置為已知，Wing Gundam與A之距離為rho1，與B之距離為rho2，則 Wing Gundam應位於分別以A, B為圓心，rho1, rho2為半徑的兩個圓的交點上。
GPS衛星訊號提供兩種基本的觀測量 (observables)：電碼相位觀測量 (code phase observable) 以及載波相位觀測量 (carrier phase observable)。電碼追蹤 (code tracking) 結果可得到電碼相位觀測量 (code phase observable)，可用來估測衛星與接收機之間的 (瞬時) 相對距離，因為電碼相位觀測量在傳遞過程中會發生延遲，因此所得到的並非真實距離 (true range or geometric range) 而是所謂的虛擬距離 (pseudorange)。另一種觀測量則是載波相位觀測量 (carrier phase observable)，是利用接收到之衛星訊號的載波相位，以及接收機產生之參考訊號的載波相位之間的相位偏移 (carrier phase offset) 來計算衛星與接收機之間的相對距離，也可以用來計算距離的變化率，亦即都卜勒頻率 (Doppler frequency)。利用載波相位觀測量可以得到較為精確的定位結果，但是因為其訊號為週期波的關係，會有周波未定值 (cycle ambiguity) 的問題。)
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