是一种古老且常用的定位方法，使用的工具有记时计、六分仪、天历、天文计算表等。

天文导航/定位系统的主要任务就是精确的拍摄一颗或多颗星的影像。从而获得这些星在CCD平面坐标系中的坐标，经星图识别算法后，知道了这些星在标准星库中的对应星号，也就知道了在天球坐标下的坐标，这样就得到了两个坐标系：CCD平面坐标和对应的天球坐标，通过计算，得到两个坐标系之间的位置传递函数，有了位置传递函数，就可以将CCD天文相机观测的目标在相机视场内的CCD平面坐标转换为天文坐标，完成观测目标的天文定位。

天文定位的基本原理：测者利用六分仪观测天体高度，并根据记录的天文钟测天时刻的世界时，可从《航海天文历》中查得天体坐标，相应地求得天体在地面上投影点的地理坐标。以该点为圆心、天体顶距（天体高度的余角）为半径画出天文船位圆；两个同时（前后紧接着的两次观测视为同时）观测得出的天文船位圆的交点，即为观测天体时的天文船位。这种天文船位圆的半径通常达数千海里，直接按上述方法作天文船位圆求船位是困难的。

天文定位的实用方法是在基本原理的基础上演进而来的，称高度差法（又称截距法）。

其定位步骤是：

①用六分仪测定天体的观测高度（hs），并记录观测时的世界时。

②根据观测时的世界时计算求得该天体的计算高度（hc）和计算方位（Ac）。

③将观测高度修正为天体真高度（ht）。

④求高度差（Dh），Dh=ht－hc。

⑤从推算船位依据Ac画出天体方位线，在该线上根据高度差截得一个截点（K）。

⑥通过K作天体方位线的垂线，即为天文船位线。

同时测得两条或两条以上的天文船位线，其交点即为天文船位。当测太阳中天（正午）高度或测北极星高度求船位线时，高度差法可以演进为测太阳中天高度求纬度或测北极星高度求纬度等方法。天体定位方式有同时测天定位和异时测天定位两种。前者主要是在晨昏朦影时同时观测两个或两个以上天体的高度进行定位；后者是在白天相隔一定时间观测太阳高度，根据两次观测的时间间隔，按移线定位的方法将两条天文船位线转移到同一时刻相交，定出船位。天文定位的精度取决于天文船位线的精度和两天体方位的夹角。天文船位线的精度主要取决于观测高度的精度和计时的准确性，两天体方位夹角以90°为最好。有经验的测者在良好条件下定位的误差一般不超过2海里。

天文定位所用仪器简单、可靠，定位方法独立性强，隐蔽性好，定位误差稳定，满足远离海岸时的航海要求。用常规六分仪观测天体高度须满足既能看到天体又能看到清晰的水天线两个条件。因此，天文定位的时机受天气条件限制，一般只能在晴朗的晨昏和白天进行定位。

天文定位技术是一门既古老又精确的导航方法，起源于航海。中国古籍中有许多关于将天文应用于航海的记载，西汉时代《淮南子·齐俗训》就说过：“夫乘舟而惑者，不知东西，见斗极则悟矣”，如果在大海中乘船而不知东方或西方，那观看北极星便明白了。宋代指南针应用于航海，大约到了明代，我国天文航海技术有了很大的发展，已能观测星的高度来定地理纬度。过洋牵星术，普遍用于航海导航，《郑和航海图》中就有四幅过洋牵星图，其中所标注位置误差一般不超过5度。

20世纪中叶，载人航天技术极大地促进了天文导航技术在航天领域的发展，阿波罗登月和苏联空间站都使用了天文导航技术。美国国家航空航天局在1998年10月发射的“深空一号”探测器所使用的自主光学导航系统（AutoNav），根据己知星历的小行星和恒星来定位，所确定的飞船轨道误差在250千米和0.2米每秒的范围。近年来高精度天文导航系统，已突破现白昼测星技术，白天可测得+2.5等星。

天文定位系统，是利用CCD天顶仪对测站天顶的星像进行拍摄，并对拍摄星图图像中的星体目标进行提取和精确定位；结合测站概略经纬度、拍摄天文时刻及基准电子星图库，对星图中的恒星目标进行匹配识别；最后，利用匹配识别的恒星信息通过天体物理学的方法进行解算，精确计算测站的大地经纬度等地理信息。

天文航海定位是针对船舶在海洋中行进时，对天体进行定位数据测量，通过反馈回的观测数据，应用天文定位理论，进行数学模型构建并运用相关的公式法则，对观测数据进行处理，最终确定船体地理位置的一门天体定位导航的科学。天文航海学涵盖了多个领域的理论，其涉及到用于天文定位的时间系统知识、天文数学、天文常识等。运用天文学的相关知识原理在航海中定位是一种常用的传统定位方法，尤其是船舶常用的电子导航定位系统被干扰或者毁坏时，船舶就会因无法辨别方位而不能正常的行驶，这时天文定位就会发挥其无可比拟的优势。如何将现代电子科学技术在天文定位中进行最有效的利用，使传统天文定位为人类更好的服务，是各个航海科研机构研究的重要指向，也是传统航海定位突破枷锁、瓶颈的一个重要契机。

美国的全球定位系统（GPS）、欧洲的伽利略定位系统、俄罗斯CLONSS（格洛纳斯）全球导航定位系统及中国的北斗导航定位系统己经投入使用或即将投入使用。随着电子科技导航的快速发展及其定位的精确性、快捷性及方便性；天文定位被逐渐的边缘化，但是它仍然是从事航海事业者的一门必修科目。因为天文导航定位的仪器相对比较简单而且容易操作，测量的物标是天体，不会因为人为的因素变化，可靠性高；天文定位的隐秘性高也是其一大优势，在定位操作过程中不会因为有电磁信号、光电信号而暴露，这在电子对抗战争中的作用不言而喻。

然而，天文航海定位亦有其缺陷，比如它的定位数据必须是人工测量，并且绘图、计算过程比较复杂且需要进行大量数据的处理，这些方面无不制约了天文航海定位的发展应用。尤其是全球导航定位系统显示的是船体的实时船位，而天文定位确定船体船位需要经过数据观测、数据处理及资料查询等相关过程，得到的船体位置是数据测量时的船位，与实时船位有一定的差距。对于快速航行的船舶，一次船体定位的计算过程需要的时间，就是十几海里到几十海里的距离，这对在海洋中行驶的船舶是致命的弊端。这促使我们必需寻找一种科学的方式避免这些缺陷，从而使天文航海定位能真正的为我们所用，使其在航海导航定位系统中发挥着不可或缺的作用。

总而言之，与现代全球导航定位系统相比，船体定位的滞后性为天文定位的致命弊端；将现代的电子技术应用于传统的天文定位，是解决这个问题的可行方案。将STM32单片机技术应用于天文航海定位，进行船用天文定位计算器的研制，这对传统天文定位数据处理效率差、定位精确度低及定位实时性滞后的弊端得到极大改善；航海从业者可以容易的操作仪器，读取所测量天体的各种相关的定位数据；将测量的天体定位数据，通过液晶屏输入，按键求解即可。从而不用再进行大量数据的人工运算处理、多条船位线的绘制及误差的分析与修正，极大方便了航海人员的航海定位的可操作性。