天文罗盘是靠对天体定向而获得运动体真航向的导航仪表，用于对飞行器或远洋航行的船舶进行定向与定位。

航空天文罗盘是在航海天文罗盘的基础上发展起来的。天文罗盘按测量方法分为地平式和赤道式两种。前者的定向面与天体的地平经圈重合，后者的定向面与天体的赤经圈重合。

天文罗盘用于按天体保持航向，修正磁罗盘及测定远距目标的真方位。天文罗盘的使用要求在飞机上设置一个天文观测罩——观测半个天球的透明罩子。天文罗盘上具有带有赤纬角刻度盘的瞄准镜，真方位圆盘，时角圆盘及星球的赤纬角圆盘。天文罗盘安装在固定于天文观测罩中安装版的底座上。两个水准器用于确定罗盘工作部分的水平。由于必须具有天文观测罩的缘故，故天文罗盘只允许在重型飞机上使用。

地平式天文罗盘由航向角传感器、放大器、方位计算器、指示器和电源等组成。由航向角传感器测出天体航向角 β，而由方位计算器根据给定的地理经度、纬度、格林威治时角和天体赤纬算出天体方位A,然后得到飞行器的真航向Ψ=A±β。赤道式天文罗盘的测向原理与地平式相似，但定向面垂直于赤道平面。 　由于太阳圆盘面有 32′的视场角，靠太阳确定飞机真航向的天文罗盘精度较低，约在1°～2°的水平。这类天文罗盘的航向角传感器一般只能用于跟踪太阳，夜间使用时,可用全景潜望式六分仪来代替航向角传感器,通过对月亮、行星或恒星定向的方法确定飞机的天体航向，而靠方位计算器算出所定天体的方位，同样可得到飞机的真航向。另一种以星体跟踪器作为天文罗盘使用的新型航向仪表采用光电倍增管、光导摄像管或电荷耦合摄像器件作为敏感元件，能跟踪星体或精确跟踪太阳中心，精度可达角秒级或角分级。天文罗盘是自主式航向仪表，能指示真航向，定向精度不受飞行持续时间、距离等影响，与地球的地理区域无关。但在低空使用受到天体能见度的限制。天文罗盘还能与其他多种仪表或导航设备组成功能较全、精度较高的组合式航向系统和组合式导航系统。

在航海航空中广泛使用的惯性导航方法，系统比较简单，可以进行连续的定位定向，但由于误差积累，在长时间的航行中将使定位定向精度降低；天文导航方法利用对天体的光学测量进行定位定向，精度高并且精度与航行的持续时间、距离、高度、速度、地理位置等因素无关，但受到天体能见度的限制，因此只能离散地进行定位定向。在航海中一般要在早晚晨昏蒙影期间进行观测，因此此时既可观测到天体，又方便户外作业。而航空则不受此限制，但仍受到低空能见度的限制，因而天文导航方法主要适用于高空飞行的轰炸机、运输机、侦察机跨越海洋、通过极地、穿越沙漠上空的飞行。将各种导航方法有机的结合起来形成组合导航的方法，则可集中各种导航方法的长处并避免其短处，提高定位定向的精度和可靠性。例如天文/惯性导航方法，将惯性导航作为获得定位定向初值的方法，而用天文导航方法在一定时间间隔内修正其积累误差，使得系统的综合性能最佳。