Астрономические методы навигации основаны на определении положения известных небесных светил относительно выбранной системы координат. Эти методы реализуются при помощи астрономических оптических и оптико-электронных навигационных приборов. Для астронавигационных приборов характерны автономность измерения, ограничиваемая только видимостью небесных светил (в приземной области), и высокая точность определения координат места, не зависящая от длительности, дальности, высоты и скорости движения. Поскольку основная задача навигации заключается в проведении объекта по заданной траектории в заданное время, учет хода времени является обязательной составной частью навигационных измерений.

Небесная сфера. Положение светил на небе определяется аналогично тому, как определяется положение точки на земной поверхности, - долготой и широтой. Вводится вспомогательная небесная сфера с центром в центре Земли, и все светила проецируются на нее. Принимается, что все светила расположены на этой сфере, вращающейся вокруг Земли. Небесный экватор рассматривается как проекция земного экватора на небесную сферу, и точно так же получаются Северный и Южный полюсы мира - как проекции земных полюсов.

Широта на небесной сфере называется склонением и может быть северной или южной относительно экватора, как и на Земле. Небесная долгота выражается звездным часовым углом (ЗЧУ), гринвичским часовым углом (ГЧУ) или местным часовым углом (МЧУ) светила. См. также НЕБЕСНАЯ СФЕРА
.

Небесные часовые углы. Небесный меридиан, проходящий через точку весеннего равноденствия, называемую также первой точкой Овна (), считается нулевым. ЗЧУ светила отсчитывается к западу от нулевого небесного меридиана в пределах от 0 до 360. и указывается в угловых градусах.

Поскольку небесная сфера равномерно вращается вокруг Земли с востока на запад, всякая задача астронавигации требует соотнесения часового угла наблюдаемого светила с нулевым, т.е. гринвичским, меридианом на Земле. Угол между гринвичским меридианом и светилом называется гринвичским часовым углом светила. ГЧУ тоже измеряется к западу от 0 до 360?.

Местный часовой угол (МЧУ) светила есть угол между небесным меридианом наблюдателя и положением светила. МЧУ всегда измеряется в градусах к западу от меридиана наблюдателя. Чтобы найти МЧУ светила, нужно из его ГЧУ вычесть гринвичский угол наблюдателя. Если результат оказывается отрицательным, то нужно абсолютную величину этого результата вычесть из 360?. Следует учитывать, что долгота на Земле измеряется также к востоку от гринвичского меридиана до 180?.

Приборы. Географические координаты места объекта можно определить, измерив высоты двух светил над горизонтом. Вычисления координат могут осуществляться оператором или автоматическими астронавигационными системами. Высота же светила измеряется секстантом. Авиационные секстанты снабжаются искусственным горизонтом в виде жидкостного уровня (или гироскопа). После определения по шкале секстанта высоты светила над горизонтом вносятся небольшие поправки на погрешность градуировки прибора и на параллакс - отклоняющее действие земной атмосферы на проходящий сквозь нее свет. В авиационных секстантах предусматриваются автоматическая регистрация показания по завершении визирования, а также усреднение показаний в процессе быстрого многократного визирования. Космические секстанты на один-два порядка величины точнее морских и авиационных.

Линии положения. Визированием небесного светила навигатор может определить лишь линию, проходящую через его местоположение. Чтобы определить свои координаты места, ему нужно визировать второе светило и установить вторую линию положения. Тогда его местоположение будет представлено точкой пересечения этих двух линий. Однако эти измерения не дают навигатору точных координат места. При визировании светила он принимает собственную оценку этих координат. Вычислив МЧУ визированного им небесного светила, навигатор с учетом склонения и часового угла последнего, пользуясь специальными таблицами, может вычислить высоту рассматриваемого небесного светила в предположении, что он находится в принятой им точке. Разность вычисленной высоты и измеренной при визировании секстантом укажет ему величину и направление смещения истинного местоположения от принятой точки. Каждая угловая минута этой разности соответствует одной морской миле (1,85 км).