Zasada działania systemu opierała się na obserwacji przesunięcia Dopplera sygnału satelity poruszającego się po znanej orbicie; późniejsze prace nad przetwarzaniem danych i filtracją pozwalały ograniczać błędy orbitalne i pomiarowe do poziomu użytecznego w nawigacji.
W 1960 zaproponowano system satelitarny MOSAIC (ang. ), przeznaczony do określania położenia ruchomych wyrzutni rakiet międzykontynentalnych Minuteman. W 1963 r. przeprowadzono kolejne badania, w toku których narodziła się koncepcja GPS. Z powodu wstrzymania prac nad systemem rakietowym MOSAIC nigdy nie wszedł do użytku.
W kwietniu 1964 roku armia USA umieściła na orbicie swojego pierwszego satelitę SECOR (ang. ), opracowanego przede wszystkim jako system geodezyjny, przydatny do pomiarów położenia stacji naziemnych i poprawiania układów odniesienia. System SECOR obejmował trzy naziemne nadajniki, w znanych lokalizacjach, które wysyłały sygnały do transpondera satelitarnego na orbicie. Czwarta naziemna stacja, w nieokreślonej pozycji, mogła następnie wykorzystać te sygnały do dokładnego ustalenia swojej lokalizacji. System był złożony z trzynastu satelitów.