天球坐标系统，是天文学上用来描绘天体在天球上位置的坐标系统。有许多不同的坐标系统都使用球面坐标投影在天球上，类似于使用在地球表面的地理坐标系统。这些坐标系统的不同处只在用来将天空分割成两个相等半球的大圆，也就是基面的不同。例如，地理坐标系统的基面是地球的赤道。每个坐标系统的命名都是依据其所选择的基面。

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在地平或高度方位系统，观测者位于地球上，围绕着自身的自转轴每一恒星日（23h56m）相对于固定的恒星背景旋转一周。在地平系统中，天体位置的定位主要用于计算出与没的短暂时间，例如，太阳升起和沉没时间的计算。过去它也用于导航，例如，确定行星位置的高度与方位，依据时间确定船只正确的经度和纬度。许多望远镜也采用经纬仪的架台，然后依据时间、地理位置，利用电脑计算天体在地平上的位置（高度和方位）。

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赤道坐标系统以地球的中心为中心并且固定住环绕我们的天空，因此它看起来与地球固定在一起，而我们在地球的表面上绕着自身的轴旋转。赤道坐标描述的天空，包括所见的太阳系，和所有的星图几乎全都用赤道坐标来绘制，而古代的东方天文学家早已使用这种坐标绘制星图。

赤道系统是专业天文学家最常用的坐标系统，业余天文学家也使用赤道系统的架台在夜晚追踪天空的运动。天体被调整好的望远镜或其它种类的仪器找到之后，这些天体就会使用与赤道坐标匹配来标示它们的位置。

最常被选用的赤道系统是古老的1950分点或现代的2000分点，但也可以使用标示日期的赤道系统，意味着必须考量日期的需要，例如对一颗行星或太空船位置的测量。也有细分到“平均日”坐标，它们采用平均值而忽略章动

主条目：黄道坐标系

黄道坐标系统是一种古老的坐标系统，使用在天文学和占星术上未分家前的星图上，特别是在西方世界。

黄道系统描述的是行星环绕太阳移动的轨道，它的中心在太阳系的重心，也就是太阳的位置。它的基本平面是地球的轨道面，称为黄道面。在行星科学中被大量使用，像是计算行星的位置和其他重要的行星轨道参数：倾角、升交点、降交点、近日点位置等等。

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银河系统是以我们的太阳系为中心，指向银河中心的方向为是0点的位置，而基本平面大致上与银河盘面一致，但是有固定的标准。当然，银河系统是用来决定星际物体在银河中的相关位置。

主条目：超星系坐标系统

超星系坐标系统也是天球坐标系统之一，他的赤道是校准在超星系平面上。这个系统用于在地的宇宙之中，主要是参考邻近的星系团，包含室女座星系团、巨引源和英仙-双鱼超星系团等，在平面（二维空间）的分布状态。

经由会议决定，超星系的经度和纬度类比于银道坐标系的银经（l）和银纬（b），分别标示为SGL和SGB，坐标经度的起点（SGL=0）定义为银河平面与超星系平面的交叉点。

更多信息：地平坐标系

地平纬度，也可以称为高度角（Altitude）或仰角，指的是从天文地平线（0°） 垂直向上量取到天顶（+90°）的角度。它还可以用负值延伸到地平线下最低点的天底（-90°）。虽然有些地方会使用高度或海拔标高（elevation, geometric height）一词取代仰角，但高度通常会被理解为一种直线单位的距离，像是米（米，或是任何其他的长度单位），并不建议将它当成是一个角度的距离。

在天文学中更常被使用的名词是天顶距，这是仰角的余角，也就是天顶是0 °，在地平线上是90 °，最低点的天底是180 °。

令为赤纬， H为时角。

令为观察者所在的地理纬度。

令a为高度角，A为方位角。

令θ是天顶（或是天顶距，也就是仰角（Alt）90°的余角)。

因此转换的方程式是：

使用反三角函数可以得到坐标的数值。

注意：反余弦有两组解，例如160°和200°有相同的余弦值，所以需要作个判别。如果H < 180°（或径度量的π），则从上式得到的Az要修正为Az = 360° - Az。