Pierwsze amerykańskie doświadczenia w dziedzinie nawigacji satelitarnej (przełom lat 50. i 60.) związane były ze śledzeniem orbit radzieckich satelitów. Do określania ich pozycji stworzono pasywny naziemny system MINITRACK (uruchomiony w 1958 r.), który wykorzystywał sygnały radiowe emitowane przez same satelity. W 1961 r. przemianowany został na NAVSPASUR (Naval Space Surveillance System), który funkcjonuje do dzisiaj, będąc jednym z podstawowych systemów kontrolujących przestrzeń nad Stanami Zjednoczonymi.

17 września 1959 r. wystrzelono na orbitę pierwszego satelitę nawigacyjnego systemu TRANSIT (NavSat – Navy Navigation Satellite System), umożliwiającego określenie pozycji obiektów w dwóch wymiarach (długość i szerokość geograficzna). System ten wykorzystywany był przez amerykańską marynarkę i lotnictwo m.in. do określania pozycji rakiet balistycznych wystrzeliwanych z łodzi podwodnych i składał się (docelowo) z siedmiu satelitów krążących na niskich, okołobiegunowych orbitach oraz naziemnych stacji kontrolnych. Pozycję obiektu określano, wykorzystując przy pomiarze sygnałów nadawanych przez satelity zjawisko opisane już w 1842 r. przez fizyka Christiana Dopplera. Nowe praktyczne zastosowanie dla tej teorii odkryli naukowcy z Applied Propulsion Laboratory (USA) podczas śledzenia radzieckiego Sputnika. Zasada działania systemu sprowadzała się do wysyłania przez satelity sygnałów o stałych częstotliwościach w ściśle określonych interwałach czasu. Odbiornik na Ziemi zliczał różnice częstotliwości pomiędzy falą odbieraną z przemieszczającego się satelity a generowaną przez jego własny oscylator. Metoda ta pozwalała na początku lat 60. na wyznaczenie pozycji obiektu z dokładnością kilkuset metrów. W okresie późniejszym można było uzyskać dokładności rzędu 10-30 m, rejestrując dane z przelotu jednego satelity. Satelity krążyły na wysokości ok. 1075 km, na której efekt Dopplera jest najwyraźniejszy.
Pierwsza (i to nieudana) próba wystrzelenia satelity w ramach programu TRANSIT miała miejsce 17 września 1959 r. Po niej nastąpiło kilka podobnych. Dopiero w 1964 roku konstelacja składająca się z 4 satelitów umożliwiała marynarce wojennej USA precyzyjne pozycjonowanie łodzi podwodnych wyposażonych w atomowe pociski POLARIS. Waga każdego z satelitów wynosiła tylko ok. 60 kg. W ramach programu TRANSIT umieszczono również na orbicie satelity serii TRIAD (1972, 1975), TIP (1976) i NOVA (1981, 1984, 1988), których zadaniem było m.in. testowanie silników rakietowych umożliwiających manewrowanie pojazdem na orbicie. Ostatniego TRANSITA (oznaczonego O-25) wystrzelono w sierpniu 1988 r. W końcu 1996 r. satelity tej serii przestały służyć do nawigacji i były wykorzystywane do monitoringu jonosfery.
W roku 1960, gdy trwały pierwsze próby TRANSITA, korporacja Raytheon (USA) zaproponowała armii amerykańskiej budowę systemu nawigacyjnego umożliwiającego w pełni trójwymiarowe pozycjonowanie obiektów. Projekt o nazwie MOSAIC (Mobile System for Accurate ICBM) nie wszedł jednak do realizacji. Jego utworzenie związane było bowiem z programem budowy ruchomych wyrzutni rakiet balistycznych Minuteman, który zarzucono rok później.

Powstanie tego dopplerowskiego systemu, podobnie jak w przypadku TRANSITA, zdeterminowane było potrzebami armii - tym razem radzieckiej, także dysponującej atomowymi łodziami podwodnymi. W 1962 r. gotowy był zarys projektu eksperymentalnego satelity nawigacyjnego określonego nazwą CYKLON. Start pierwszego satelity tej serii nastąpił 15 maja 1967 r. Testy przeprowadzone na Morzu Czarnym nie dały jednak zadowalających rezultatów. Pozycję można było wyznaczyć zaledwie z dokładnością 3 km. Potrzebne były lepsze modele opisujące trajektorię satelitów i dokładne mapy anomalii pola grawitacyjnego Ziemi. W 1969 roku osiągnięto już precyzję rzędu 100 m. Fazę testowania operacyjnego rozpoczęto dopiero w 1974 r. Ostatniego satelitę tej serii (ważącego 920 kg) wyniesiono na orbitę 27 lutego 1978 r.

Znaczny krok w rozwoju nawigacji satelitarnej zrobiono w maju 1967 r., gdy w kosmosie znalazły się satelity serii TIMATION (Time Navigation). Nowy system zbudowany został przez amerykańską marynarkę i również pozwalał na określenie pozycji w dwóch wymiarach. W satelitach tych do generowania sygnałów o bardzo stabilnej częstotliwości zastosowano oscylator kwarcowy, a w dwóch ostatnich (NTS-I – 1974 r., NTS-II – 1977 r.) [FH_NTS_Ig.jpg] po raz pierwszy wypróbowano generatory kwarcowe, rubidowe i cezowe. Do idei, na jakiej oparto działanie systemu GPS, był tylko krok.